Jahresbericht 2008 - Fachbereich Informatik - Universität Hamburg

informatik.uni.hamburg.de

Jahresbericht 2008 - Fachbereich Informatik - Universität Hamburg

JAHRESBERICHT 2008

tor zur welt der wissenschaft

Department

Informatik


Impressum

Herausgeber Department Informatik der Universität Hamburg,

Vogt-Kölln-Straße 30, D-22527 Hamburg

Tel.: 040 428 83 – 2419 (Prof. Dr. Ritter, Departmentleiter)

040 428 83 – 2201 (Planer)

040 428 83 – 2202 (Verwaltungsleiterin)

040 428 83 – 2206 (Fax Departmentleitung)

URL: http://www.informatik.uni-hamburg.de

Redaktion Prof. Dr. Horst Oberquelle (Stellv. Departmentleiter)

Auflage 130

Druck Print&Mail, Universität Hamburg

31.5.2009

Für die Inhalte der Beiträge der Departmenteinrichtungen sind die jeweiligen Leiterinnen und Leiter

verantwortlich.


Vorwort Department Informatik

Liebe Leserinnen und Leser,

Vorwort

das Jahr 2008 wird insbesondere wirtschaftlich mit den Begriffen 'Mangel' und 'Krise' in Verbindung

gebracht. So erreichte der so genannte Fachkräftemangel in der Mitte des Jahres 2008 seinen vorläufigen

Höhepunkt und ist auch zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch lange nicht beseitigt. Dies gilt, obwohl die durch

die Finanzwelt verursachte Wirtschaftskrise massiv um sich greift und die Auswirkungen dieser Krise zurzeit

kaum ermessen werden können. Noch im Herbst 2008 ließ der Bundesverband Informationswirtschaft,

Telekommunkation und neue Medien (BITKOM) verlautbaren, dass der Fachkräftemangel in der ITK-

Branche einen volkswirtschaftlichen Schaden von einer Milliarde Euro zur Folge hat. Des Weiteren erklärte

Prof. Scheer, Präsident von BITKOM, dass trotz der Finanzkrise ein Engpass für hoch qualifizierte

Nachwuchskräfte in praktisch allen technischen Disziplinen und der Informatik bestehen bleiben wird. Der

BITKOM leitete hieraus seine Forderung ab, einschlägige Studiengänge, insbesondere in der Informatik und

den Ingenieurwissenschaften, attraktiver und praxisnäher zu gestalten, um so eine gesteigerte Nachfrage

unter den Studieninteressierten zu erreichen.

Das Department Informatik hatte zu diesem Zeitpunkt bereits eine Vielzahl von Initiativen gestartet, um die

Attraktivität und Praxisnähe des Studienangebots deutlich zu steigern. Mittlerweile sind diese Planungen

soweit vorangebracht, dass der Einführung dieser neuen Studiengänge zum Wintersemester 2009/2010 nichts

mehr im Wege steht. Es handelt sich hierbei um die Bachelorstudiengänge 'Software-System-Entwicklung',

'Mensch-Computer-Interaktion' und 'Computing in Science' sowie den Masterstudiengang

'Wirtschaftsinformatik': Diese Studiengänge ergänzen das bestehende Studienprogramm (konsekutives

Bachelor-/Masterprogramm Informatik, Bachelorstudiengang Wirtschaftsinformatik und Masterstudiengang

Bioinformatik) und repräsentieren in besonderem Maße den nicht nur vom BITKOM geforderten verstärkten

Praxisbezug sowie die Interdisziplinarität unseres Studienprogramms. Ich bin sehr zuversichtlich, dass die

Attraktivität unserer Studiengänge für Schülerinnen und Schüler sowie Studieninteressierten deutlich wird,

so dass sich die in den letzten Jahren zu beobachtende Tendenz steigender Nachfrage weiter verfestigen wird.

Ein weiter professionalisiertes Studiengangsmarketing in Department und Fakultät unterstützen dies mit

erfreulichem Engagement.

Tendenziell passend zur gesamtwirtschaftlichen Situation entwickelt sich leider auch die

Finanzmittelausstattung an unserer Universität. Daran werden wohl auch Konjunkturprogramme und

ähnliche nicht-kontinuierliche Maßnahmen nichts ändern. Somit waren wir bei dem im Berichtszeitraum zu

entwickelnden STEP (strategische Entwicklungsplanung mit einem Planungshorizont von etwa 2015)

gezwungen, Profilschärfung und Zukunftsaufstellung auf Basis einer Verringerung der Anzahl der Fachgebiete

(Professuren) vorzunehmen. Dennoch ist der Vorstand des Departments zuversichtlich, dass unter

dem Leitbild 'Human-Centered Complex Systems' und den beiden Schwerpunktbereichen 'Complex Systems

Engineering' und 'Human-Centered Computing' eine zukunftsfähige Aufstellung und Kräftebündelung

gelungen ist, die eine zukünftige Verbesserung des Prof-WiMi-Verhältnisses zulassen wird, um die Konkurrenzfähigkeit

in der Forschung weiter zu steigern.

Mit den laufenden Berufungsverfahren in 'Softwaretechnik', 'Wissenstechnologie und –management' sowie

'Sicherheit in Verteilten Systemen' werden erste Schritte der Umsetzung vollzogen. Ich hoffe sehr, dass in

Zusammenarbeit mit Dekanat und Präsidium erfolgreiche Besetzungen dieser Professuren im Jahr 2009

erreicht werden können.

Die beschriebenen Entwicklungen in der Forschungsausrichtung und des Ausbaus des Studienprogramms

bilden eine aus meiner Sicht konsistente Einheit, die wir in den kommenden Jahren gemeinsam weiter

voranbringen wollen.

Ergänzt werden die zahlreichen, erfolgreichen Aktivitäten in Forschung und Lehre, über die der weitere

Bericht detaillierte Auskünfte gibt, durch einen kontinuierlichen Ausbau unserer

Technologietransferaktivitäten. Nicht nur zahlreiche angewandte Forschungsprojekte, wie sie auch von

unserem Technologietransfer-Zentrum HITeC e.V. unterstützt werden, sondern auch eine neue Initiative zur

Verstärkung der Vernetzung des Departments Informatik mit der IT-Industrie im Großraum Hamburg durch

Bildung eines Kuratoriums für einen neuen Masterstudiengang 'IT-Management und –Consulting' sind an

dieser Stelle positiv hervorzuheben.

1


Vorwort Jahresbericht 2008Informatik UniHH

2

Allen Departmentangehörigen, die zu den vorgenannten Aktivitäten beigetragen haben, gilt mein ganz

besonderer Dank. Dem wissenschaftlichen Personal danke ich sehr für die erbrachten Leistungen in den

Kernaufgaben Forschung und Lehre, dem technischen und Verwaltungspersonal für die unverzichtbare

Unterstützung sowie all denjenigen, die sich zusätzlich auf den verschiedensten Positionen im Rahmen der

akademischen Selbstverwaltung verdient machen. Nicht zuletzt sei den Serviceeinrichtungen Verwaltung,

Prüfungsamt, Bibliothek und Informatik-Rechenzentrum für die hervorragenden, geleisteten Dienste gedankt.

Die Leistungen unserer Departmentangehörigen im Berichtszeitraum machen Mut für die vor uns liegenden

Aufgaben und Veränderungen, die unser ungebrochenes Engagement erfordern werden. Die Einführung und

Umsetzung der beschlossenen neuen Studienprogramme, die Umsetzung des STEPs, die Weiterführung der

Veränderungsprozesse bzgl. neuer Organisations- und Informationsstrukturen in der Folge der

Fakultätenbildung, wie z. B. die Einführung von so genannten Studienbüros auf Departmentebene und die

Implementierung der so genannten leistungs- und belastungs-orientierten Mittelvergabe, werden uns

weiterhin Einiges abverlangen. Ich bin zuversichtlich, dass wir diese Herausforderungen werden bewältigen

können, wenngleich dies nur auf der Basis einer verlässlichen Unterstützung durch Dekanat und Präsidium

und entsprechend gegebener Planungssicherheit für das Department möglich sein wird.

In diesem Sinne hoffe ich, dass das Department Informatik der Universität Hamburg im aktuellen neuen

Berichtszeitraum zur Beseitigung des zu Beginn angesprochenen Fachkräftemangels wird beitragen können,

ohne über Gebühr von der Finanzkrise und Mittelkürzungen heimgesucht zu werden.

Hamburg, im Mai 2009

Prof. Dr.-Ing. Norbert Ritter

(Leiter Department Informatik)


Inhaltsverzeichnis Department Informatik

Inhaltsverzeichnis

Vorwort .............................................................................................................. 1

Inhaltsverzeichnis ............................................................................................... 3

Strukturübersicht ................................................................................................ 4

AGIS Zentrum für Architektur und Gestaltung von IT-Systemen

AB Angewandte und sozialorientierte Informatik (ASI) ........................ 5

AG Informationstechnikgestaltung und Gender-Perspektive (ITG) ....... 27

AB Softwaretechnik (SWT) .................................................................... 33

ISR Zentrum für Intelligente Systeme und Robotik

AB Kognitive Systeme (KOGS) .............................................................. 45

AB Natürlichsprachliche Systeme (NatS) .............................................. 61

AB Technische Aspekte Multimodaler Systeme (TAMS) .................... 69

AB Wissens- und Sprachverarbeitung (WSV) ...................................... 89

Graduiertenkolleg CINACS ................................................................... 97

VIKS Zentrum für Verteilte Informations- und Kommunikationssysteme

AB Sicherheit in verteilten Systemen (SVS) ........................................ 105

AB Theoretische Grundlagen der Informatik (TGI) ............................. 111

AG Telekommunikation und Rechnernetze (TKRN) ........................... 127

AB Verteilte Systeme und Informationssysteme (VSIS) ..................... 143

Weitere Einrichtungen

AB Technische Informatiksysteme (TIS) ............................................ 165

Informatik-Bibliothek (BIB) ................................................................ 187

Informatik-Rechenzentrum (RZ) .......................................................... 191

Umweltteam Informatik (UT) .............................................................. 199

Weitere Berichte

Begutachtungen und abgeschlossene Betreuungen ............................. 203

Studierenden- und Absolventenstatistik .............................................. 213

Berichte und Mitteilungen ................................................................... 214

Informatisches Kolloquium Hamburg ................................................. 215

Preise und Ehrungen .......................................................................... 217

Angegliederte Vereine

Hamburger Informatik-Forum e.V. (HIForum, Alumni-Verein) ....... 219

Hamburger Informatik Technologie-Center e.V. (HITeC),

(Technologietransfer) .......................................................................... 223

3


4

AB TGI

Theoretische Grund-

lagen der Informatik

Prof. R. Valk

Prof. M. Jantzen

Zentrum für Intelligente

Systeme und Robotik (ISR)

AB KOGS

Kognitive Systeme

Prof. B. Neumann (bis 9/08)

Prof. L. Dreschler-Fischer

Prof. H. S. Stiehl

Dr. P. Stelldinger (Vertr.P.)

AB NatS

Natürlichsprachliche

Systeme

Prof. W. v. Hahn (bis 10/07)

Prof. W. Menzel

AB TAMS

Technische Aspekte

Multimodaler Systeme

Prof. J. Zhang

AB WSV

Wissens- und

Sprachverarbeitung

Prof. C. Habel

Zentrum für

Bioinformatik Hamburg

ZBH

GD Prof. M. Rarey

Prof. Stefan Kurtz

Prof. Andrew Torda

Kooperation der

Departments Biologie,

Chemie, Informatik und

der Medizinischen Fakultät

Zentrum für Verteilte Informations- und Kommunikationssysteme (VIKS)

AG TKRN

Telekommunikation

und Rechnernetze

Prof. B. Wolfinger

VW

Verwaltung

A. Morawski

BIB

Bibliothek

M. Obernesser

RZ

Rechenzentrum

G. Friesland-Köpke

AB TIS

AB VSIS

Technische

Informatiksysteme

Verteilte Systeme und

Informationssysteme

Prof. W. Lamersdorf

Prof. N. Ritter

Zentrale Einrichtungen

PA

Prüfungsamt

Prof. M. Jantzen

Prof. D.P.F. Möller

Prof. K. Kaiser (beurlaubt)

HIForum

Alumni-Verein

Hamburger Informatik-

Forum e.V.

Vorstand:

M. Schudy

Prof. H. Oberquelle

D. Martinssen

AB SVS

Sicherheit in verteilten

Systemen

Prof. J. Posegga (bis 3/08)

Dr. K.-P. Kossakowski i.V.

Zentrum für Architektur und

Gestaltung von IT-Systemen

(AGIS)

AB ASI

Angewandte und

sozialorientierte

Informatik

Prof. H. Oberquelle

Prof. B. Page

Prof. A. Rolf (bis 9/07)

Junior-Prof. S. Beckhaus

AB SWT

Softwaretechnik

Prof. C. Floyd (bis 9/08)

Prof. H. Züllighoven

AG ITG

Informationstechnikgestaltung

und Gender-

Perspektive

Prof. I. Schirmer

Technologietransfer

HITeC

Hamburger Informatik

Technologie-Center e.V.

• LKI - Labor für

Künstliche Intelligenz

Prof. B. Neumann

• STC - Softwaretechnik-

Center

Prof. H. Züllighoven

• ...


AB Angewandte und sozialorientierte Informatik ASI – AGIS

Arbeitsbereich

Angewandte und Sozialorientierte Informatik (ASI)

Vogt-Kölln-Str. 30 / Haus D, 22527 Hamburg, Tel.: +49 40 428 83-2425, Fax: +49 40 428 83-2311

http://agis-www.informatik.uni-hamburg.de/asi/ sowie http://imve.informatik.uni-hamburg.de

1. Zusammenfassende Darstellung

Mitglieder des Arbeitsbereichs

ProfessorInnen:

Dr. Horst Oberquelle (AB-Leiter), Dr.-Ing. Steffi Beckhaus (Juniorprofessorin), Dr.-Ing. Bernd Page, Dr.

Arno Rolf (Fachvertretung)

AssistenInnen/Wiss. MitarbeiterInnen:

Kristopher J. Blom MSc, Dipl.-Inform. Torsten Busse (bis 06/2008 im Drittmittelprojekt PLUGIN.NET),

Dipl.-Inform. Nicolas Denz (geb. Knaak ) (bis 06/2008 im Drittmittelprojekt PLUGIN.NET), Dipl.-Wirt.Inf.

Paul Drews (seit 08/2008), Dipl.-Wirt.Inf. Johannes Göbel, Dipl. Mediensystemwiss. Timo Göttel, Matthias

Haringer MSc (über HITeC), Prof. Dr. João Porto de Albuquerque (Humboldt-Stipendium, 01/2008-06/2008

und ab 12/2008), Dipl.-Inform. Angela Schwabl-Möhlmann, Dipl.-Pol. Edouard Simon (bis 03/2008)

Doktoranden:

Dipl.-Wirt.Inf. Milena Andonova, Dipl.-Inform. Marcel Christ, Dipl.-Inform. Rainer Czogalla, Dipl.-Inform.

Dorina Gumm, Dipl.-Inform. Arne Koors, Dipl.-Wirt.Inf. Sven Kruse (Lehrbeauftragter), Dipl.-Wirt.Inf. Jan-

Hendrik Wahoff

Technisches und Verwaltungspersonal:

Gäste:

Tepke Haß (Sekretariat)

Prof. Prof Anthony E. Krzesinski , Department of Computer Science University of Stellenbosch, South

Africa im Rahmen der Universitätspartnerschaft Stellenbosch-Hamburg im April 2008 (Thema:

Simulationskonzepte für Telekommunikationsnetze)

Allgemeiner Überblick

Der Arbeitsbereich „Angewandte und sozialorientierte Informatik“ (ASI) hat sich unter dem Leitbild der

sozialverträglichen Gestaltung von Informatiksystemen und -anwendungen die folgenden Aufgaben gestellt:

• Theorie- und Modellbildung in spezifischen Bereichen der Angewandten Informatik;

• Verknüpfung von ausgewählten Anwendungsbereichen mit Methoden, Modellen und Theorien;

• Interdisziplinäre Modellentwicklung für Informatiksysteme in Organisationen und globalen Gesellschaften.

Durch Aufbau einer Juniorprofessur werden innovative Interaktionstechnologien und Anwendungen im Bereich

interaktive Medien / virtuelle Umgebungen verfolgt.

Forschungsschwerpunkte

Mensch-Computer-Interaktion, auch in vernetzten Systemen

(H. Oberquelle, K. Blom, T. Göttel, M. Haringer)

Ziel dieses Schwerpunktes ist die Erforschung von Prinzipien, Methoden, Hilfsmitteln und Theorien für die

benutzergerechte, aufgabenorientierte, organisationsangemessene und technikbewusste Gestaltung der Interaktion

zwischen Mensch und Computer (MCI) und deren Vermittlung in der Lehre. Dabei hat sich das Bezugssystem

von der Interaktion einzelner Benutzer mit ihrem Computer zur Interaktion vieler Benutzer über

Computernetze unter Nutzung von Groupware und WWW erweitert.

Simulation

(B. Page, N. Denz, J. Göbel, V. Wohlgemuth (FHTW Berlin), R. Czogalla, M. Andonova , S. Kruse, A.

Koors)

Die Computersimulation ist ein bedeutendes Instrument zur Analyse und Modellierung komplexer Systeme,

deren Beherrschung auch ein wesentliches Anliegen der Informatik insgesamt ist. Simulationsmethoden ha-

5


AGIS – ASI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

6

ben Eingang in die verschiedensten Fachgebiete (z.B. Natur-, Ingenieurwissenschaften, Wirtschafts- und

Sozialwissenschaften, Medizin oder Umweltforschung) gefunden,– und natürlich auch in die Informatik (z.B.

Simulation von Rechen- und Kommunikationssystemen, von Datenbanksystemen oder beim Chipentwurf).

Eine besondere Aufgabe für die Angewandte Informatik besteht darin, für die vielfältigen Anwendungsgebiete

der Modellierung und Simulation adäquate algorithmische Lösungs- und Softwarekonzepte auf der

Basis möglichst einheitlicher bzw. leicht übertragbarer Strukturierungsprinzipien zu entwickeln. In diesem

Rahmen werden moderne Softwarekonzepte für die Gestaltung von Simulationssoftware analysiert und umgesetzt.

Interdisziplinäre Innovations- und Technikforschung einschließlich TA

(A. Rolf, P. Drews, D. Gumm, E. Simon, J. Porto)

Die Technikfolgenforschung (TA) wurde 1986 als eigenständiger Bereich am Fachbereich Informatik der

Universität Hamburg eingerichtet und mit der Professur "Wirkungen der Informationstechnologie" besetzt

(Prof. Dr. Arno Rolf).

Das Themenspektrum der interdisziplinären Innovations- und Technikforschung umfasst u.a. die soziale

Genese von Informationstechnik sowie deren Auswirkungen auf Persönlichkeit, Gesellschaft und Umwelt,

das Aufzeigen von Innovations- und Risikopotentialen, die aus der Technikentwicklung und –nutzung entstehen

können sowie die Bewertung und Beurteilung der Optionen und Leitbilder der Informationstechnikentwicklung.

Konkret wurde das Mikropolis-Modell entwickelt, ein Modell zum besseren Verständnis von „Informatiksystemen

in Organisationen und der globalen Gesellschaft“. Es ist ein Orientierungsrahmen für Informatiker

wie Wirtschaftsinformatiker, das informatisches Verfügungs- mit transdisziplinärem Orientierungswissen

(vgl. Mittelstrass) verknüpft.

Informatiksysteme in Organisationen und in der globalen Gesellschaft

(A. Rolf, H. Oberquelle, P. Drews, D. Gumm, J. Porto, E. Simon, J.-H. Wahoff)

Der Schwerpunkt umfasst die Analyse und IT-gestützte Gestaltung in Organisationen mit Blick auf globale

Gesellschaften. Die Wechselwirkungen zwischen Technikeinsatz und Entwicklung von Organisationen werden

analysiert und sind zu gestalten. Die Arbeiten berücksichtigen informatische und organisatorische

Themen.

Relevante Optionen wie die Entwicklung von Individualsoftware, der Einsatz und die Gestaltung von Groupware-Produkten

wie z.B. CommSy oder der Einsatz von Standardanwendungssoftware wie SAP R/3 stehen

im Zentrum. Ein Fokus liegt auf der Analyse der Mensch-Maschine-Interaktion. Zur Organisationsgestaltung

können verschiedene Organisationstheorien Optionen aufzeigen.

Der Schwerpunkt ermöglicht und erfordert in besonderem Maße die Kombination verschiedener Forschungsstrategien

und praktischer Arbeit. Wir arbeiten an Modellen, Methoden und informationstechnischen Optionen

für Organisationen unter Berücksichtigung unterschiedlicher Akteursperspektiven.

Der Schwerpunkt verfolgt einen transdisziplinären Ansatz. Neben Informatik und Softwaretechnik sind insbesondere

Arbeiten in den Arbeitswissenschaften, der betriebswirtschaftlichen und sozialwissenschaftlichen

Organisationstheorien sowie volkswirtschaftliche Aspekte zu berücksichtigen. Anspruch ist darüber hinaus,

den Diskurs Wissensgesellschaft mit dem Thema zukunftsfähige bzw. nachhaltige Entwicklung (sustainable

development) zu verbinden.

Umweltinformatik

(B. Page, A. Rolf, S. Kruse, R. Meyer (Manchester Metropolitan University), V. Wohlgemuth (FHTW

Berlin))

In diesem Schwerpunkt der Angewandten Informatik werden Informatiksysteme im Umweltbereich zusammen

mit verschiedenen Kooperationspartnern konzipiert und umgesetzt. Dazu gehören Softwarewerkzeuge

für die Umweltmodellierung, die umweltbezogene Simulation von Verkehrs- und Logistiksystemen, die

Entwicklung von Umwelt- und Stoffstrommanagementsystemen, zur Unterstützung des Emissionshandels

sowie betriebliche Umweltinformationssysteme (z.B. Ökobilanzierungs- und Öko-Controlling-Systeme für

Betriebe). Darüber hinaus werden die Wechselwirkungen von Informationstechnik und Umwelt analysiert

(Ökologische Technikfolgenabschätzung).

Interactive Media . Virtual Environments

(S. Beckhaus, K. Blom, M. Haringer)

Interessante, überzeugende, interaktive Erfahrungswelten auf Basis von VR (Virtual Reality) und AR

(Augmented Reality) zu schaffen, ist immer noch eine Herausforderung. Der Schwerpunkt der Forschung der

seit 2004 bestehenden Arbeitsgruppe Interactive Media . Virtual Environments (im.ve) befasst sich sowohl

mit technischen als auch mit konzeptuellen Fragestellungen zu der Erstellung von „interactive experiences“,

also wie man die virtuelle Welt und den virtuellen Inhalt auf geeignete Weise aufbereitet, strukturiert und


AB Angewandte und sozialorientierte Informatik ASI – AGIS

präsentiert, damit erfolgreiche, überzeugende und angenehme interaktive Erfahrungswelten für den Anwender

entstehen. Die wesentlichen Forschungsrichtungen lassen sich in drei Gebiete aufteilen:

• „Innovative Mensch-Maschine-Interaktion“ (HCI),

• „Konzepte und Faktoren“ für erfolgreiche Erfahrungswelten/Experiences und

• „Technische Entwicklung von Hard- und Software“ für VR, AR, Mixed Reality (MR), Ubiquitous/-

Pervasive Computing (UbiComp) zur Unterstützung von „interactive experiences“.

Die technischen Umgebungen und die daraus resultierenden bearbeiteten Forschungskontexte decken durch

den Fokus auf „experiences“ und Interaktion das gesamte Mixed-Reality Kontinuum nach Milgram ab und

umfassen Fragestellungen zu VR, AR, MR bis hin zu Ubiquitous/Pervasive Computing.

Der Bereich bietet zusätzlich allgemeine Lehrveranstaltungen zu interaktiven Medien an. Die Forschung und

Lehre in diesem Schwerpunkt ist interdisziplinär, anwendungsorientiert und Fachgruppen übergreifend mit

Verbindungen unter anderem zur Software-Ergonomie, zur Computer-Grafik, zu der Technik multimodaler

Systeme als auch zu den Gebieten Kunst und Psychologie.

Informatiksysteme & E-Learning

(H. Oberquelle, B. Page, I. Jackewitz)

Die Unterstützung universitärer Präsenzlehre durch netzbasierte Software stellt einen neuen Arbeitsschwerpunkt

dar. Dabei wird einerseits untersucht, wie Blended Learning und selbstgesteuertes, projektartiges Lernen

durch passende Didaktik, Software und Organisationsentwicklung verbessert werden können. Andererseits

sind E-Learning Contents zur Nutzung von Simulationswerkzeugen entwickelt und erprobt worden. Die

Arbeiten in diesem Themenfeld wurden hauptsächlich durch Drittmittelprojekte vorangetrieben.

Wissenschaftliche Zusammenarbeit

Industrie und industrienahe Forschungseinrichtungen in Deutschland

• aeris-Impulsmöbel GmbH & Co. KG

• Fraunhofer IAIS, Sankt Augustin

• Fraunhofer IMK, Sankt Augustin

• Grüne Akademie der Heinrich-Böll-Stiftung, Berlin

Hamburger Hafen- und Logistik AG (HHLA) (Simulation)

Hamburger Informatik Technologie-Center (HITeC) e.V. (Technologietransferprojekte)

• ifu Institut für Umweltinformatik Hamburg GmbH (Stoffstrommanagement)

• ISL - Institut für Seeverkehrswirtschaft und Logistik, Abteilung Informationslogistik – Bereich

• Optimierung und Simulation

• Jung von Matt, next

• Kath. Marienkrankenhaus gGmbH

• Plath GmbH, Hamburg

• Volke-Kommunikations-Design GmbH, Wolfsburg

Universitäten und Technische Hochschulen in Deutschland

• Helmut-Schmidt Universität, Hamburg

Universität Bielefeld, Neuroinformatik

Universität Bremen, Fachbereiche Informatik und Produktionstechnik

Universität Lüneburg, Fachbereich Umweltwissenschaften (Stoffstrommanagment)

• TU Darmstadt, Institut für Berufspädagogik

• FHTW Berlin (Stoffstrommanagement & Simulation)

• Muthesius Kunsthochschule, Kiel

• HfbK, Hamburg, Alsleben und Eske

• TU Berlin, Fachbereich Informatik

• TU Hamburg-Harburg, Stadtplanung

Kooperationspartner im Ausland

• University of Århus, Center for Interactive Spaces, Dänemark (Designmethodologie)

• Helsinki University of Technology, Software Business and Engineering Institute, Finnland

• University of Canterbury, Christchurch/New Zealand (Simulation)

• University of Stellenbosch, Südafrika, Faculty of Science/Computer Science Division

(Simulationssoftware, Simulation von Telekommunikationssystemen)

Universität Graz, Institute for Computer Graphics and Vision (ICG)

• University of São Paulo (EACH/USP), School of Arts, Sciences and Humanities, Brasilien

• Makebelieve Griechenland

7


AGIS – ASI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Ausstattung

8

Der Arbeitsbereich hat eine heterogene Infrastruktur: Neben PCs werden Macintosh-Rechner benutzt. Im

Rahmen von Projektarbeiten kommen auch Sun Workstations aus dem Informatik-Rechenzentrum zum Einsatz.

Darüber hinaus gibt es am Arbeitsbereich eine Videoausrüstung. Es wird ein Rechnerlabor zusammen

mit dem Arbeitsbereich Softwaretechnik genutzt. Die konkrete Geräteausstattung des Arbeitsbereichs ist dem

Wirtschaftsbericht zu entnehmen. Das bei der Arbeitsgruppe interactive media . virtual environments angesiedelte

VR/AR Labor zur Forschung und Lehre wird bei den Projekten genauer beschrieben.

Drittmittelprojekte

Projekt: „PLUGIN.NET: Komponentenorientierte Architektur für Stoffstrommodellierungswerkzeuge“

(Laufzeit von 2/2007 bis 6/2008)

Geldgeber: Innovationsstiftung Hamburg aus Mitteln der EU

Gesamtmittel: Euro 95.300,-

Projekt: ICT-ENSURE – European ICT Environmental Sustainability Research

Network:

(Laufzeit 5/2008-5/2010)

Geldgeber: EU/ Internationale Gesellschaft für Umweltschutz, Wien

Gesamtmittel: Euro 10.000,- (Anteil FBI, über HITeC)

Projekt: „Schlüsselqualifikation Orientierungskompetenz in der globalen

Wissensgesellschaft – Entwicklung eines E-Learningkonzeptes“

Geldgeber: Universität Hamburg / „Seminare-ans-Netz“

Gesamtmittel: Euro 4.200,-

2. Die Forschungsvorhaben des Arbeitsbereichs

Etatisierte Projekte

2.1 Gestaltung von Benutzungsschnittstellen

Oberquelle, Horst, Prof. Dr.; Göttel, Timo

Laufzeit des Projektes:

mehrjährig

Projektbeschreibung:

Gegenstand der Untersuchungen sind Gestaltungsprinzipien, Hilfsmittel für die iterative, prototypische

Gestaltung von Benutzungsschnittstellen sowie konkrete (Um-)Gestaltungsvorhaben. Die Untersuchungen

betreffen Fragen der Transparenz und Konsistenz, der Anpassbarkeit, der Erlernbarkeit, der software-ergonomischen

Evaluation, der Gestaltung von Entwicklungswerkzeugen sowie der Nutzung neuer technischer

Möglichkeiten für die Interaktion, z.B. Multimedia und mobile Geräte.

Schlagwörter:

Schnittstellengestaltung; Transparenz; Konsistenz; Anpassbarkeit; Werkzeuge; Multimedia; Evaluation

Publikationen aus dem Forschungsbereich (seit 2007):

Oberquelle, H.: Benutzergerechte MCI in einer dynamischen Welt - Eine Gestaltungsaufgabe. In: Hellige,

H.D. (Hrsg.). Mensch-Computer-Interface. Zur Geschichte und Zukunft der Computerbedienung.

transcript Verlag, Bielefeld, 2008, S. 157-172.

Obendorf, H.; Finck, M.: Szenariotechniken & Agile Softwareentwicklung. In: Gross, T. (Hrsg.): Mensch &

Computer 2007 - Interaktion im Plural. München: Oldenbourg, 2007, S. 19 - 28.

Obendorf, H.: Where "less" is "more" - notions of minimalism and the design of interactive systems. A

constructive analysis of products and processes of human-computer-interaction design from a minimalist

standpoint (Dissertation), 2007.

2.2 Organisations- und Koordinationstechnologien

Oberquelle, Horst, Prof. Dr.


AB Angewandte und sozialorientierte Informatik ASI – AGIS

Laufzeit des Projektes:

mehrjährig

Projektbeschreibung:

Gegenstand der Untersuchungen sind vernetzte Systeme zur Unterstützung von kooperativem Handeln, ihre

Nutzung in Organisationen und ihre Gestaltung nach ergonomischen Kriterien. Besondere Schwerpunkte

sind Leitbilder und Perspektiven, Modellierung von computergestützten Arbeitssystemen, WWW und

CSCW, Nutzung von Hypertexten und Multimedia für die Kooperation, Barrierefreiheit, Anpassbarkeit von

Groupware.

Im Rahmen dieses Projektes wird das Community System CommSy mitentwickelt. Es wurde inzwischen als

Open Source-Software bei SourceForge unter der GNU General Public Licence publiziert und steht in der

Softwarebörse CampusSource zur Verfügung.

Schlagwörter:

CSCW; Groupware; Software-Ergonomie; Multimedia; Modellbildung; Organisations- und Wirtschaftsinformatik;

CommSy.

Publikationen aus dem Forschungsbereich (seit 2007):

Finck, M.; Janneck, M.; Oberquelle, H.; Rolf, A.: Informationstechnische Unterstützung von Freelancer-

Netzwerken. In: Bundesministerium für Bildung und Forschung (Hrsg.): Gestaltung der Arbeit in

virtuellen Unternehmen, Bonn, Berlin, 2007, S. 32 – 41.

Neuendorff, H., Oberquelle, H. Ott, B., Schlick, C.M. (Hrsg.). Arbeitsgestaltung in der Netzwerkökonomie.

Flexible Arbeit. Virtuelle Arbeit. Entgrenzte Arbeit. Schneider, Hohengehren, 2007, 281 S.

2.3 Simulationsmethoden und -werkzeuge, insbesondere für Logistik und Umwelt

Page, Bernd, Prof. Dr.-Ing.; Czogalla, Rainer; Denz, Nicolas (geb. Knaak); Wohlgemuth, Volker, Prof. Dr.

(FHTW Berlin)

Laufzeit des Projektes:

mehrjärig

Projektbeschreibung:

Modellierung ist ein zentrales Anliegen der Informatik insgesamt. Simulationsverfahren sind spezielle

Modellierungsmethoden, die sich mit der Modellierung des dynamischen Verhaltens von Systemen innerhalb

der Informatik (z.B. Kommunikationssysteme, Datenbanken, Verteilte Systeme, Mikroelektronik oder

Theoretische Informatik) oder in noch weit größerem Maße auch außerhalb der Informatik (Logistik-,

Produktions-, Hafen-, Umweltsysteme, ...) befassen.

Bei den anwendungsnahen Forschungsarbeiten zur Modellierung und Simulation werden methodische

Fragestellungen mit Werkzeugaspekten und innovativen Anwendungsfeldern verknüpft.

Auf methodischer Ebene liegen die Schwerpunkte auf der Nutzung objektorientierter Ansätze für Modellierung

(Erweiterungen der UML 2 für die Simulation), agentenbasierter Simulationsansätze, genetischer Algorithmen

für die Simulationsoptimierung, räumlicher Modellierung (evolutionäre Layoutoptimierung), auf

Prinzipien der Selbstorganisation für die Modellierung von Transportnetzen sowie auf Validierungsansätzen

(Process Mining).

Auf der Werkzeugebene werden moderne objektorientierte Softwarekonzepte für die Gestaltung von Simulationssoftware

analysiert und umgesetzt. Die aktuellen Schwerpunkte liegen dabei auf Frameworkarchitekturen

(kontinuierliche Weiterentwicklung des Simulationsframeworks DESMO-J in Java), auf der Model-

Driven Architecture (Codegenerierung von Simulationsprogrammen aus erweiterten ULM 2-Diagrammen)

sowie auf komponentenbasierten Simulationssystemen auf der Basis der Eclipse-Plattform sowie auf der

NET-Basis.

Innovative Anwendungen der Simulationstechnik werden vorrangig für die Bereiche Hafenlogistik, Öko-

Logistik sowie integrierte Stoffstromsimulation (Umweltinformatik) bearbeitet.

Ein Schwerpunkt im Berichtszeitraum lag auf der Weiterentwicklung des Simulationswerkzeuges SimTools

auf Eclipse-Basis, eine leistungsfähige Umgebung für die Simulationssoftware auf programmiersprachlicher

Ebene DESMO-J bieten soll.

Seit mehreren Jahren wird in Kooperation mit der FHTW Berlin (Prof. Wohlgemuth) an der Entwicklung

eines Simulationswerkzeuges gearbeitet, das neben der üblichen diskreten Simulationsfunktionalität insbesondere

auch Fragestellungen des betrieblichen Stoffstrommanagement mit einbezieht. Neben der auftragsbezogenen

Sichtweise eines Produktionsprozesses wird mit diesem Werkzeug somit auch eine stoff- und energieflussbasierte

Sichtweise auf einen betrieblichen Produktionsprozess geschaffen. Dieser Ansatz ermöglicht

9


AGIS – ASI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

10

im Vergleich zu bestehenden statischen Stoffstromwerkzeugen auch eine dynamische Sichtweise.

Schlagwörter:

Simulationssystem; Umweltschutz; Umwelt und Verkehr; UML-Modellierung; Modellierungswerkzeug;

Simulationswerkzeug; Softwaretechnik; Logistiksimulation; Hafensimulation, E-Learning; Umweltsimulation;

Stoffstrommodellierung

Publikationen aus dem Forschungsbereich (seit 2007):

Page., B., Wohlgemuth, V., Raspe, M: Material Flow Analysis for Eco-Efficiency with Material Flow

Networks – Concepts and Case Study. In: Miquel Sànchez-Marrè, et.al. (Eds.), Proceedings of the iEMSs

Fourth Biennial Meeting: International Congress on Environmental Modelling and Software (iEMSs

2008). Environmental Modelling and Software Society, Barcelona, Catalonia, July 2008. CD-ROM, pp.

1620-1627.

Page, B., Knaak, N., Kruse, S.: A Discrete Event Simulation Framework for Agent-Based Modelling of

Logistic Systems. In: R. Koschke, O. Herzog, K.-H. Rödiger, M. Ronthaler (Eds): Informatik 2007 –

Informatik trifft Logistik, Proc. 37. Jahrestagung der Gesellschaft für Informatik. Bremen, 24.-27.

September 2007, pp. 397-404.

Page, B.. Wohlgemuth, V.: Combining Discrete Event Simulation and Material Flow Aanalysis – A

Modelling Tool for Ecoefficiency in Wafer Production. In: EcoTopia Science Institute, Nagoya

University (Eds): Proc. International Symposium on EcoTopia Science 2007 (ISETS07), Nagoya

University, Nagoya, Japan , November 23rd-25th, 2007. CD ROM, pp. 1093-1098. Internet:

http://www.esi.nagoya-u.ac.jp/h/isets07/

2.4 Entwicklung des Mikropolis-Modells: Ein transdisziplinärer Ansatzes für Orientierungswissen in

Informatik und Wirtschaftsinformatik

Rolf, Arno, Prof. Dr.; Drews, Paul; Gumm, Dorina; Porto, Joao; Simon, Edouard; Wahoff, Jan-Hendrik

Laufzeit des Projektes:

mehrjährig

Projektbeschreibung:

Im Rahmen des Forschungsschwerpunktes

Informatiksysteme in Organisationen und

in der globalen Gesellschaft“ hat sich 2005

eine interdisziplinären Forschungsgruppe

gegründet: Mit dem Mikropolis-Modell

(MM) legen wir einen Ansatz vor, der die

Wechselwirkungen von Technikentwicklung

und Wandel der Organisationen sowie

gesellschaftlichen Veränderungen

systematisiert. Das Modell erlaubt die

Bestimmung der eigenen Position, so dass

eine Orientierung im Sinne eines „Wissens,

wie alles zusammenhängt“ und alternativer

Verhaltensweisen befördert wird. Das

Mikropolis-Modell greift in theoretischer

Hinsicht sowohl ökonomische und

techniksoziologische Ansätze im Sinne einer Innovationsgenese auf als auch organisationstheoretische

Vorstellungen, die sich mit der Evolution von Organisationen und Institutionen in einem veränderten

gesellschaftlichen Rahmen beschäftigen. Der transdisziplinäre Ansatz des Mikropolis-Modells erweitert das

informationstechnische Verfügungs- um Orientierungswissen.

In der Horizontalen unterscheidet das Mikropolis-Modell zwei Perspektiven: Die Mikroperspektive betrachtet

die Wechselwirkungen von IT-Entwicklung, -Einführung und -Nutzung sowie Veränderungen in Organisationen

als einen Prozess der De- und Rekontextualisierung. Die Makroperspektive zeigt Wechselwirkungen

zwischen gesellschaftlichen Leitbildern und Regulierungen, vor allem im Kontext der Globalisierung,

sowie konkreter Auseinandersetzungen der Akteure um Entwicklung, Einsatz und Nutzen von

IT. In der Vertikalen wird die horizontale Betrachtung durch eine zeitbezogene, geschichtliche Analyse ergänzt.

Innovationen können so als geschichtlich bestimmter Techniknutzungspfad gedeutet werden, um

dessen Richtung und Durchsetzung Auseinandersetzungen stattfinden. Die historische Rekonstruktion des

Technikentwicklungspfades erlaubt es, Gestaltungsempfehlungen für die Zukunft zu formulieren.


AB Angewandte und sozialorientierte Informatik ASI – AGIS

Schlagwörter:

Akteursmodell; Formalisierungslücke; Techniknutzungspfad; Verfügungs- und Orientierungswissen; Mikro-

und Makrokontext; soziotechnische Perspektive; Informatik und Wirtschaftsinformatik; Gestaltungsforschung.

Publikationen aus den Forschungsbereichen „Mikropolis-Modell“ und „Informatiksysteme in Organisationen

und globalen Gesellschaften“ (seit 2006):

Rolf, A.: MIKROPOLIS 2010. Menschen, Computer, Internet in der globalen Gesellschaft. Metropolis,

Marburg, 2008, 216 S.

Porto de Albuquerque, J. (2008) Práticas de formalização e a formalização de práticas: analisando a coevolução

de TICs e práticas organizacionais. In: VII Esocite: Jornadas Latino-Americanas de Estudos

Sociais das Ciências e das Tecnologias, 2008, Rio de Janeiro. VII Esocite 2008: Jornadas Latino-

Americanas de Estudos Sociais das Ciências e das Tecnologias, 2008, pp. 1-16.

Porto de Albuquerque, J.; Simon, E.; Wahoff, J.-H.; Rolf, A. (2008) The Challenge of Transdisciplinarity in

Information Systems Research: Towards an Integrative Platform. In: Aileen Cater-Steel, A., Al Hakim, L.

(Hrsg.). Information Systems Research Methods, Epistemology and Applications. Hershey, Pennsylvania:

IGI Global, 2008, pp. 88-103.

Simon, E. J. / Porto de Albuquerque, J. / Rolf, A. (2008) Notwendige und vorläufige Formalisierungslücken

in Organisationen. In: Funken, C., Schulz-Schäffer, I. (Hrsg.): Digitalisierung der Arbeitswelt: Zur

Neuordnung formaler und informeller Prozesse in Unternehmen. VS Verlag, Wiesbaden, S. 239-261.

Porto de Albuquerque, J., Simon, E. J.: Dealing with Socio-Technical Complexity: Towards a transdisciplinary

approach to IS research. In: Österle, H., Schelp, J., Winter, R. (Eds.): Proceedings of the 15th

European Conference on Information Systems (ECIS 2007), 2007, S. 1458-1468.

Porto de Albuquerque, J., Simon, E. J., Rolf, A.: Ein transdisziplinärer Rahmen für die GeNeMe. In:

Meißner, Klaus / Engelien, Martin: GeNeMe 2007, TUDpress, Dresden, 2007, S. 15-26 .

Porto de Albuquerque, J.: Aspectos sociotécnicos da computacao: contextualizando o desenvolvimento de

sistemas de computacao com o modelo Mikropolis. Revista de Informática Teórica e Aplicada, v. 14,

2007, pp. 119-135.

Krause, D., Rolf, A., Christ, M., Simon, E.: „Wissen, wie alles zusammenhängt“ - Das Mikropolis-Modell

als Orientierungswerkzeug für die Gestaltung von Informationstechnik in Organisationen und

Gesellschaft. Informatik-Spektrum, Heft 4/2006, S. 263-273.

Rolf, A: Orientierungskompetenz – Wege, Hindernisse, Potenziale, In: Schreyögg, G., Conrad, P. (Hrsg.):

Managementforschung 16/2006, Gabler, Wiesbaden, S. 259-284.

2.5 Umweltinformatik, insb. Methodenentwicklung für Stoffstrommanagementsysteme

Möller, Andreas (Universität Lüneburg), Prof. Dr.; Page, Bernd, Prof. Dr.; Denz, Nicolas (geb. Knaak);

Wohlgemuth, Volker; Prof. Dr. (FHTW Berlin)

Laufzeit des Projektes:

mehrjährig

Projektbeschreibung:

Konzeption und Implementation eines Softwarewerkzeuges zur Modellierung von Stoff- und Energieflusssystemen

mit Petri-Netzen als Grundlage für Ökobilanzen und Öko-Controlling, das kontinuierlich weiter

entwickelt wird.

Ein Schwerpunkt der letzten Jahre lag auf der Verknüpfung von (statischen) Stoffstromberechnungen mit

(dynamischen) Simulationsmethoden. Im Falle der diskreten Simulationsmodellierung führte die Integration

der auftragsbezogenen betriebswirtschaftlich-organisatorischen Sicht mit der stoffbezogenen ökologischen

Sichtweise (vgl. Abschn. 2.3.). Im Berichtsjahr wurde an einer Frameworkentwicklung für das Stoffstrommanagement

in einem gemeinsamen Drittmittelprojekt mit der ifu hamburg GmbH gearbeitet.

Schlagwörter:

Öko-Controlling; Modellbildung und Simulation; Stoffstrom-Management; Betriebliche Umweltinformationssysteme;

Produktökobilanzierung; Umweltkostenrechnung; Kostenrechnung; Stoffstromsimulator

Publikationen aus dem Forschungsbereich (seit 2006):

Page, B., Wohlgemuth, V., Raspe, M: Material Flow Analysis for Eco-Efficiency with Material Flow

Networks – Concepts and Case Study. In: Miquel Sànchez-Marrè, et.al. (Eds.), Proceedings of the iEMSs

Fourth Biennial Meeting: International Congress on Environmental Modelling and Software (iEMSs

2008). International Environmental Modelling and Software Society, Barcelona, Catalonia, July 2008.

11


AGIS – ASI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

12

CD-ROM, pp. 1620-1627.

Pimpisut, D., Page, B., Spehs, T., Wohlgemuth, V.: An Environmental Management Information System for

Eco-Efficiency of Agro-Industries in Thailand based on Material Flow Networks. In: O. Hryniewicz, J.

Studzinski, M. Romaniuk (Eds.): Einvironmental Informatics and Systems Research. Proc. 21st

International Conference on Informatics for Environmental Protection. Warsaw, Poland, September

12th-14th , 2007, Shaker, Aachen, 2007, pp. 219-227.

Wohlgemuth, W., Page, B., Kreutzer, W.: Combining Discrete Event Simulation and Material Flow Analysis

in a Component-based Approach to Industrial Environmental Protection. Journal Environmental

Modelling & Software 21, 2006, pp. 1607-1617.

2.6 Technikfolgenbewertung und Informatik

Rolf, Arno, Prof. Dr.; Gumm, Dorina; Simon, Edouard

Laufzeit des Projektes:

mehrjährig

Projektbeschreibung:

Untersucht wird zum einen die Relevanz von Technikfolgenabschätzungsmethoden

(TA) für die Informatik: Welcher TA-Bedarf besteht

bei der Gestaltung von Informationstechnik und deren Anwendung?

Welchen Beitrag können sozialwissenschaftliche Methoden dabei leisten? Was

können umgekehrt Informatik-Methoden zur TA beitragen? Welche Art der

Verankerung von TA in der Lehre ist notwendig bzw. sinnvoll?

Ein zweiter Schwerpunkt ist, die Verheißungen der sog.

Informationsgesellschaft zu prüfen. Schlagworte wie Multimedia oder

Datenhighway werden hinsichtlich ihrer Potenziale für Anwendungssysteme

untersucht. Auch die Versprechungen bzgl. ihrer Auswirkungen auf Arbeit und

Organisation werden einbezogen. Seit 1996 wird dies ergänzt um Forschungen zur ökologischen

Technikfolgenabschätzung: wie wirken sich Telearbeit, Teleshopping oder die Verbreitung des Internet aus?

Schlagwörter:

Technikfolgenabschätzung; TA; Informationstechnikgestaltung; „Informationsgesellschaft“

Publikationen aus dem Forschungsbereich (seit 2006):

Gumm, D., Janneck, M., Langer, R., Simon, E.J. (Hrsg.) Mensch - Technik – Ärger? Zur Beherrschbarkeit

soziotechnischer Dynamik aus transdisziplinärer Sicht. LIT, Münster, Reihe: Arbeitsgestaltung -

Technikbewertung – Zukunft Bd. 19, 2008.

Rolf, A.: Zum Tode von Joseph Weizenbaum. In: FIfFF Kommunikation, 2/2008, S. 36.

Rolf, A.: MIKROPOLIS 2010. Menschen, Computer, Internet in der globalen Gesellschaft. Metropolis,

Marburg, 2008, 216 S.

2.7 interactive media . virtual environments

Beckhaus, Steffi, Prof. Dr.-Ing.; Blom, Kristopher; Haringer, Matthias

Laufzeit des Projektes:

seit 2004

Projektbeschreibung:

im.ve befasst sich mit aktuellen Fragen interaktiver Medien und virtueller Umgebungen. Themen sind die

Interaktion mit virtuellen Welten und allgemein dem Computer, die Generierung dynamischer, interaktiver

und emotionaler Welten und die Untersuchung von Interaktionen, Interaktionsgeräten und Anwendungen in

ihrer Wirkung auf den Menschen. Wir arbeiten im Virtual und Augmented Reality Kontext ebenso, wie an

interaktiven Tischen und in Medienkunstprojekten. Die Breite der Forschung ergibt sich aus der

Interdisziplinarität und das weite Methodenspektrum, das VR, AR, MR bzw. „interactive experience“

Forschung benötigt.

Forschungsarbeiten in 2008 haben sich befasst mit

1. der Entwicklung von neuen Interaktionsmetaphern und Anwendungen von Granulat-basierten

Eingabemethoden auf einem interaktiven Tisch

2. der Entwicklung und Open-Source Veröffentlichung von actif, einem inteACTor centric Interaction


AB Angewandte und sozialorientierte Informatik ASI – AGIS

Framework - http://sourceforge.net/projects/actif/

3. Interaktionskonzepten speziell für dynamische, bewegliche Zielen in VR

4. der Entwicklung von Methoden basierend auf der Kombination von funktionaler Programmierung und

VR Rahmenwerken, die Dynamik in VR Welten ermöglich

5. computergrafischen Methodiken und Shader-Programmierung zur Erzeugung von visuellen

emotionalen Welten in VR

6. der Erforschung und Entwicklung qualitativer, emotionaler virtueller Erfahrungsräume und die

Evaluation ihrer Wirkung

7. DataMining und Datenvisualisierung in großen Datenmengen

8. und allgemein der Entwicklung und Evaluation von unkonventionelle Ein- und Ausgabemethoden und -

techniken.

Weitere Informationen unter http://imve.informatik.uni-hamburg.de/

Schlagwörter:

Human-Computer Interaction; Virtual Reality; Augmented Reality; Interactive Storytelling; Computer

Graphics; Education; Affective Computing; Interaktionsdesign; Neuartige, multi- oder andersmodale Schnittstellen;

Tangible Interaction; Collaboration; Ubiquitous/ Pervasive Computing; Data Mining; Serious/Fun

Gaming; Medienkunst; MediaArt; Usability; Usability Evaluation.

Publikationen aus dem Forschungsbereich (seit 2007):

Beckhaus, S., Döring, T., Schröder-Kroll, R.: . In: Alsleben, K., Eske, A. (Hrsg.): Siebenundzwanzig Bremer

Netzkunstaffairen. edition kuecocokue, Hamburg, 2008, S.. 38-39, 93-95.

Beckhaus, S., Schröder-Kroll, R., Döring, T., Juckel, T.: SoundVision — Ton zu Bild und Bild zu Ton, eine

vernetzte Konversation. In: Lucke, U., Kindsmüller, M.C., Fischer, S., Herczeg, M., Seehusen, S. (Hrsg.).

Workshop Proceedings der Tagungen Mensch & Computer 2008, DeLFI 2008 und Cognitive Design

2008. Logos, Berlin, 2008, S. 120-123.

Beckhaus, S., Schröder-Kroll, R., Berghoff, M.: Back to the sandbox - Playful Interaction with Granules

Landscapes. ACM Conference on Tangible and Embedded Interaction 2008 (TEI'08). Bonn, 2008, pp.

141-144.

Blom, K., Beckhaus, S.: the Creation of Dynamic, Interactive Virtual Environments. In: Proceedings of the

IEEE VR 2008 workshop "SEARIS - Software Engineering and Architectures for Interactive Systems."

Shaker, Aachen, 2008, pp. 57-60.

Hess, H. Wischweh, J., Albrecht, K., Blom, K., Beckhaus, S.: In Proceedings of the ACM conference on

Virtual Reality Software and Technology (VRST) 2008. ACM Press, New York, 2008, pp. 39-42.

Haringer, M., Beckhaus, S.: Measurement integration and calibration for affect estimation. ACM SIGCHI

Conference 2008 CHI'08. Workshop 'Measuring Affect in HCI: Going Beyond the Individual', Florenz,

04/2008.

Haringer, M., Beckhaus, S. Framework for the measurement of affect in interactive experiences and games.

Proceedings of ACM SIGCHI conference CHI'08 Workshop "Evaluating UX in Games", Florenz,

04/2008.

Schröder-Kroll, R., Blom, K., Beckhaus, S.: Interaction Techniques for Dynamic Virtual Environments. in

Proceedings of the 5. Workshop "Virtuelle und Erweiterte Realität" (VR/AR) der GI Fachgruppe VR/AR,

Shaker, Aachen, 2008, pp .57-68.

Beckhaus, S., Blom K.: Teaching, Exploring, Learning - Developing Tutorials for In-Class Teaching and

Self-Learning. Computer Graphics Forum, The International Journal of the Eurographics Association

Ed.: David Duke and Roberto Scopigno, Blackwell Publishing, 2007, pp. 725-736.

Beckhaus, S., Blom, K., Haringer, M.: ChairIO - the Chair-Based Interface. in book "Concepts and

Technologies for Pervasive Games: A Reader for Pervasive Gaming Research vol. 1". Ed: Magerkurth

und Rötzler. Shaker, Aachen, 2007, pp. 231-264.

Blom, K., Beckhaus S.: Supporting the Creation of Dynamic, Interactive Virtual Environments. Proceedings

of the 2007 ACM Symposium on Virtual Reality Software and Technology (VRST 2007). ACM. North

13


AGIS – ASI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

14

Beach, California, 2007, pp. 51-54.

Blom, K., Beckhaus, S.: Functional Reactive Virtual Reality. in Short Paper Proceedings of IPT-EGVE

Symposium (2007), B. Fröhlich, R. Blach, and R. van Liere (Editors), Aire-la-Ville, Switzerland: Eurographics

Association, 2007, pp. 295-302.

Döring, T., Beckhaus, S.: The Card Box at Hand: Exploring the Potentials of a Paper-Based Tangible

Interface for Education and Research in Art History, Tangible and Embedded Interaction (TEI) 2007,

Baton Rouge, Louisiana, USA. ACM Press.

Beiträge zu Open-Source-Projekten:

Hess, N., Wischweh, J.D.S., Albrecht, K., Otte, G., Blom, K., Beckhaus, S.: ACTIF Open-Source

veröffentlicht. ACTIF ist ein ACTor zentriertes Framework für die Entwicklung von Interaktionen in

immersiven Systeme.

Blom, K.: FRVR Open-Source veröffentlicht. FRVR ist ein System für die Unterstützung der Entwicklung

Dynamischer Interactiver Virtueller Umgebungen.

Blom, K.: vjVTK Open-Source veröffentlicht. vjVTK macht es möglich, VTK Visualizierung in Rahmen des

VRJuggler Framework zu benutzen.

2.8 Lernen und Kooperationsunterstützung

Oberquelle, Horst, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit 2001

Projektbeschreibung:

Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung des Anwendungsfeldes selbstgesteuertes blended Learning und die

Entwicklung passender Kooperationsunterstützung sowie ihre nachhaltige Bereitstellung. Diese Arbeiten

wurden zunächst durch Drittmittelprojekte, Promotionsvorhaben und Abschlussarbeiten vorangetrieben. Wesentliche

Arbeiten wurden im BMBF-Projekt "WissPro - Wissensprojekt Informatiksysteme im Kontext" geleistet,

welches 2004 abgeschlossen wurde. Mehrere Dissertationen sind in diesem Bereich entstanden. Diese

Arbeiten wurden in dem hier beschriebenen Bereich koordiniert.

Ein wichtiges Ergebnis ist das Community System CommSy, welches in den Hamburger Hochschulen und

Schulen sowie auch außerhalb Hamburgs im permanenten Einsatz ist. Es steht als OpenSource-Produkt kostenlos

auf den Plattformen CampusSource und Sourceforge unter der Gnu Public Licence zur Verfügung.

Eine kostengünstige Bereitstellung und Benutzungsbetreuung sowie weitere Arbeiten zur nachhaltigen Etablierung

wurden durch Drittmittel des E-Learning Consortium Hamburg (ELCH) unterstützt ("CommSy goes

Hamburg", NEC) und in Kooperation mit HITeC e.V. umgesetzt.

Die Weiterentwicklung von CommSy geschieht in einem OpenSource-Projekt unter freiwilliger Beteiligung

von ASI-Mitarbeitenden.

Schlagwörter:

E-Learning, blended learning, CSCL, Community System, CommSy, Nachhaltigkeit

Publikationen aus dem Forschungsbereich (seit 2007):

Finck, M.: Usability-Engineering in der Open-Source-Softwareentwicklung - Perspektiven, Vorgehensweisen

und Techniken, Sierke, Göttingen, 2007 (Dissertation).

Janneck, Monique: Quadratische Kommunikation im Netz: Gruppeninteraktion und die Gestaltung von

CSCL-Systemen. Eul, Lohmar, 2007 (Dissertation).

2.10 Promotionsprojekte

a) Analyse und Validierung agentenbasierter Simulationen mit Methoden des Process Mining

Denz, Nicolas (geb. Knaak); Page, Bernd, Prof. Dr.-Ing. (Betreuer)

Laufzeit des Projektes:

seit 2004

Projektbeschreibung:

Die Analyse und Validierung agentenbasierter Simulationen ist eine schwierige Aufgabe, die in aktuellen

Arbeiten vermehrt durch Techniken des Data Mining unterstützt wird. Diese automatisieren die Aggregation

komplexer Simulationsdaten zu anschaulichen Metamodellen. Aufgrund der oft prozessorientierten


AB Angewandte und sozialorientierte Informatik ASI – AGIS

Sichtweisen der agentenbasierten Simulation erscheinen Verfahren aus dem Process Mining besonders

angemessen.

In dieser Arbeit wird ein Rahmenwerk zur Unterstützung der agentenbasierten Simulation durch Techniken

des Process Mining erarbeitet, welches die Dimensionen der Analyseperspektiven und Anwendungsfälle vereint

und auf der Petrinetz-basierten Multiagenten-Systemarchitektur MULAN aufbaut. In Erweiterung existierender

Techniken wird ein Ansatz zur Rekonstruktion von einfachen, hierarchischen und Multicast-Interaktionsprotokollen

aus Nachrichten-Logs entwickelt. Darauf aufbauend kann die Analyse des Systemverhaltens

durch die Generierung interpretierbarer Hypothesen der Abhängigkeiten zwischen Prozessen auf

mehreren Ebenen unterstützt werden. Die Techniken werden als Teil einer Experimentierumgebung implementiert,

welche die in Simulationsstudien auftretenden Prozesse in expliziter Form repräsentiert.

Schlagwörter:

Agentenbasierte Simulation; Agentenorientierter Softwareentwurf; Data-Mining; Process Mining;

Validierung und Verifikation; Multiagentensysteme; Scientific Workflow.

Publikationen aus dem Projekt (seit 2007):

Simmendinger, F., Duvigneau, M., Cabac, L., Knaak, N.: Controlling OSGi Bundles with Petri Nets. In D.

Moldt, F. Kordon, K. van Hee, J.-M. Colom, R. Bastide: Proceedings of the Workshop on Petri Nets and

Software Engineering (PNSE'07), Publishing House of University of Podlaise, Siedlce (Poland), June 25-

26, 2007, pp. 220-225.

Cabac, L., Knaak, N.: Tools and Techniques for Process Mining in Petri Net-Based Agent Oriented Software

Engineering. In D. Moldt, F. Kordon, K. van Hee, J.-M. Colom, R. Bastide: Proceedings of the Workshop

on Petri Nets and Software Engineering (PNSE'07), Publishing House of University of Podlaise, Siedlce

(Poland), June 25-26, 2007, pp. 7-21.

b) Mustergesteuerte evolutionäre Layoutoptimierung

Czogalla, Rainer; Page, Bernd, Prof. Dr. (Betreuer)

Laufzeit des Projektes:

seit 10/2004

Projektbeschreibung:

Modelle mit explizitem Raumbezug erzeugen komplexe Simulationsdaten. Außerdem wird das Verhalten der

Modelle durch qualitative raum-zeitliche Muster charakterisiert, die in andere Phasen des Simulationszyklus

einfließen müssen. Diese Probleme verlangen den Einsatz fortgeschrittener Analysetechniken, insbesondere

für zeitkritische Prozesse. Da die verbreiteten Modelle auf Basis gleichmäßiger Gitter Folgen von

Rasterbildern erzeugen, kann die Mustererkennung eine geeignete Methodik für die Analyse dieser

Simulationsdaten bieten.

Im Rahmen des Promotionsvorhabens wird ein allgemeines Systematisierungskonzept zum Einsatz der

Mustererkennung für die Analyse räumlicher Simulationsdaten entwickelt. Auf dieser Basis sollen Verfahren

aus der Mustererkennung für den Einsatz in der Simulationsdatenanalyse angepasst und in der Analysekomponente

einer Eclipse-basierten Experimentierumgebung eingebettet werden. Außerdem erfolgt eine

Evaluierung der entwickelten Konzepte und Werkzeuge anhand von Beispielanwendungen.

Schlagwörter:

Simulation raumbezogener Modelle; Simulationsdatenanalyse; Mustererkennung; maschinelles Sehen;

Eclipse-basiertes Simulationssystem

Publikationen aus dem Projekt:

Czogalla, R., Knaak, N., Page, B.: Simulating the Eclipse Way: A Generic Experimentation Environment

Based on the Eclipse Platform. In: Borutzki, W., Orsoni, A., Zobel, R.: Proceedings of the 20th European

Conference on Modelling and Simulation (ECMS 2006), Bonn, 2006, S. 260-265.

c) Agentenorientierte Analyse der Wechselwirkung von Organisation und IT

Christ, Marcel; Rolf, Arno, Prof. Dr. (Betreuer)

Laufzeit des Projektes:

Seit 04/2003

15


AGIS – ASI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Projektbeschreibung:

16

Der Fokus des Promotionsvorhabens liegt auf der agentenorientierten Organisationsmodellierung. Es wird

ein petrinetzbasiertes Multiagentensystem des AB TGI verwendet, dessen Vorteile in korrekten, ausführbaren

und gleichzeitig grafischen Modellen liegen. Nicht nur informatische, sondern auch organisationstheoretische

Anforderungen sollen berücksichtigt werden. Ziel des Projekts ist der Einsatz und die Diskussion agentenorientierter

Techniken bei der Modellierung von Organisationen und der IT, die von diesen verwendet wird,

sowie eine Analyse ihrer Wechselwirkungen.

Schlagwörter:

Multiagentensysteme; Petrinetze; Enterprise Modelling; Autonomic Computing; Organisationstheorien.

Publikationen aus dem Projekt (seit 2007):

keine

d) Partizipatives Anforderungsmanagement in verteilten Projekten

Gumm, Dorina; Rolf, Arno, Prof. Dr. (Betreuer)

Laufzeit des Projektes:

bis 12/2008

Projektbeschreibung:

Der Fokus dieses Promotionsvorhabens liegt einerseits darauf, Ansätze des Anforderungsmanagements (AM)

und des Participatory Designs (PD) zu untersuchen und zugrunde liegende Annahmen und Perspektiven zu

identifizieren; andererseits darauf, ausgewählte AM- und PD-Ansätze für verteilte Projektbedingungen (z.B.

globale, vernetzte, Open Source Projekte) zu diskutieren. Ziel des Projektes ist es, die Wechselwirkungen

zwischen den genannten software-technischen Gebieten und den Organisationsformen von Projekten zu verstehen

und die gegenseitigen Abhängigkeiten darzustellen.

Schlagwörter:

Anforderungsmanagement; Requirements Engineering; Participatory Design; Organisation; verteilte

Projekte.

Publikationen aus dem Projekt (seit 2007):

Die Publikation der Dissertation erfolgt 2009.

e) Dynamic Interactive Virtual Environments

Blom, Kristopher; Beckhaus, Steffi, Prof. Dr.-Ing. (Betreuerin)

Laufzeit des Projektes:

seit 2004

Projektbeschreibung:

This project aims to investigate methods to support the development

of highly interactive and dynamic Virtual Environments. Current

methods for creation of such environments involve intensive lowlevel

coding and extensive specialized knowledge. The focus of this work is on finding and developing

methods which more easily and better allow creation of such dynamic environments, with high levels of

interactivity. A special focus of this work is on developing structures for time modeling in interactive

environments, for example to ensure a consistent flow of a story, to create dramaturgical structures. Included

in this work is development of an initial exploration of how interactivity with dynamics can be performed

and development of methods for enable non-technical users to use such systems.

Schlagwörter:

Virtual Environments; Time Modelling.

Publikationen aus dem Projekt (seit 2007):

Blom, K., Beckhaus, S.: On the Creation of Dynamic, Interactive Virtual Environments. In Proceedings of

the IEEE VR 2008 workshop "SEARIS - Software Engineering and Architectures for Interactive

Systems." Shaker, Aachen, 2008, pp. 57-60.

Blom K., Beckhaus S.: Supporting the Creation of Dynamic, Interactive Virtual Environments. Proceedings


AB Angewandte und sozialorientierte Informatik ASI – AGIS

of the 2007 ACM Symposium on Virtual Reality Software and Technology (VRST 2007). ACM. North

Beach, California, pp. 51-54.

Blom K., Beckhaus S.: Functional Reactive Virtual Reality. In: Fröhlich, B., Blach, R., van Liere, R. (Eds.).

Short Paper Proceedings of IPT-EGVE Symposium (2007), Weimar, 2007, pp. 295-302.

Blom K., Beckhaus S.: Integrating Functional Reactive Programming in a High-Level VR Framework.

Virtuelle und Erweiterte Realität, 4. Workshop der GI-Fachgruppe VR/AR. M. E. Latoschik, B. Fröhlich

(Eds). Weimar, 2007, pp. 189-196.

f) Qualitative Interactive Experiences

Haringer, Matthias; Beckhaus, Steffi, Prof. Dr.-Ing. (Betreuerin)

Laufzeit des Projektes:

seit 2005

Projektbeschreibung:

Die Fokussierung auf die Technik hat lange Zeit die ungezwungene Benutzung

und die Akzeptanz virtueller Umgebungen behindert. Diese Arbeit soll helfen,

sich stärker auf den Menschen zu beziehen und die Wirkung des Systems auf

den Menschen qualitativ erfassbar zu machen. Dazu werden spezielle

Methoden für virtuelle Umgebungen entworfen, die möglichst einheitliche,

vordefinierte Reaktionen bei den Benutzern hervorrufen. Um dies zu

bewerkstelligen, muss die Wirkung von Medien auf den Menschen nach

aktuellem psychologischen Stand aufgearbeitet und mit den Möglichkeiten

virtueller Umgebungen abgeglichen werden.

Im Laufe der Arbeit soll eine virtuelle Beispielwelt entstehen deren Wirkung

auf den Benutzer dynamisch verändert werden kann. Um die Wirkung dieser

Umgebung und der einzelnen Effekte auf den Menschen untersuchen zu

können und zu evaluieren, wird eine Benutzerstudie durchgeführt. Dabei

werden nicht nur indirekte Informationen, wie Fragebögen während und nach

der Interaktion, sondern auch unmittelbare biophysiologische Daten erhoben

und evaluiert.

Schlagwörter:

Virtual Environments; Emotion recognition; Affective Computing; Bio Interfaces.

Publikationen aus dem Projekt:

Haringer, M. Beckhaus S.: Measurement integration and calibration for affect estimation. ACM SIGCHI

Conference 2008 CHI'08 Workshop 'Measuring Affect in HCI: Going Beyond the Individual', Florenz,

04/2008.

Haringer, M., Beckhaus, S.: Framework for the measurement of affect in interactive experiences and games.

Proceedings of ACM SIGCHI conference CHI'08 Workshop "Evaluating UX in Games", Florenz,

04/2008.

Haringer, M., Hotz, L., Kamp, V.: Two Stage Knowledge Discover for Spatio-temporal Radio-emission

Data. In Proceedings of 18th European Conference on Artificial Intellegence (ECAI) 2008. IOS Press.

2008. pp. 673-677.

g) Self-Organizing Transport Networks

Göbel, Johannes; Page, Bernd, Prof. Dr.-Ing. (Betreuer);

Krzesinski, Anthony E., Prof. PhD (University of Stellenbosch,

Zweitbetreuer)

Laufzeit des Projektes:

seit 2007

Projektbeschreibung:

Ziel der Arbeit ist die dezentrale Optimierung von Netzwerken

(etwa: Wartezeitminimierung), in denen Entitäten entlang eines

Graphen über unterschiedliche Routen von Knoten zu Knoten

weitergeleitet werden, wobei sowohl die Knoten als auch die

Kanten kapazitätsbeschränkt sind.

17


AGIS – ASI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

18

Ohne Abhängigkeit von einer zentralen Instanz soll ein Knoten (also etwa ein Router im Telekommunikationsnetzwerk,

eine Ampelanlage im Stadtverkehr) mittels lokaler Regeln entscheiden können, in welcher

Reihenfolge die Entitäten (IP-Pakete, Fahrzeuge) den Knoten passieren. Idealerweise würde das sich auf

diese Weise selbst organisierende Netzwerk ähnlich effizient funktionieren wie bei Durchsetzung einer mit

globalem Wissen ermittelten Lösung (z.B. eine zentral berechnete "grüne Welle"). Eine solche Lösung wäre

skalierbar und robust.

Schlagwörter:

Transportnetzwerke; Selbst-Organisation; Dezentrale Optimierung; Lokale Regeln, Verkehrssimulation.

Publikationen aus dem Projekt:

noch keine

h) Förderung des interkulturelles Lernens durch Game Design gemeinsam mit Jugendlichen

Göttel, Timo,; Oberquelle, Horst, Prof. Dr. (Betreuer);

Laufzeit des Projektes:

seit 10/ 2006

Projektbeschreibung:

Jugendliche werden immer häufiger mit interkulturellen Problemsituationen konfrontiert, meist fällt es ihnen

schwer diese richtig einzuordnen. Es wäre daher sinnvoll, solche Situationen gemeinsam mit Jugendlichen zu

thematisieren. Oftmals fehlt es jedoch an der Möglichkeit, ihnen dies in ihrer eigenen Ausdrucksform zu ermöglichen.

Die vorherrschenden Medien, die alle Jugendgruppen und Schichten gleichermaßen anzusprechen

scheinen, sind Computerspiele. Es soll daher untersucht werden, ob es möglich ist, Jugendlichen

durch Game Design eine Reflektion in ihrer eigenen Ausdrucksform anzubieten. Es werden Projekte mit

Jugendlichen durchgeführt, die zum Ziel haben, Spielszenarien prototypisch zu entwickeln. Eine weitere

Evaluation mit Jugendlichen soll sich dem Thema widmen, ob so Computerspiele entstehen, die sowohl Spaß

machen, als auch interkulturelle Werte vermitteln. Es gibt nur wenige Beobachtungen darüber, wie

Jugendliche mit Computern arbeiten und wie Computergestützte Gruppenarbeit von Jugendlichen zu

realisieren ist. Es besteht die Hoffnung, dass durch das Herangehen, gemeinsam mit Jugendlichen

Computerspiele zu entwickeln, Aussagen dazu getroffen werden können und geeignete Prototypen entstehen.

Schlagwörter:

Computergestütztes Lernen; Game Design; Partizipatives Design; Jugendgerechte Interaktion.

Publikationen aus dem Projekt (seit 2007):

Göttel, T.: ProBoNO: Transferring knowledge of virtual environments to real world situations. In

Proceedings of the 6th international Conference on Interaction Design and Children (Aalborg, Denmark,

June 06 - 08, 2007). IDC '07. ACM, New York, NY, 2007, pp. 81-88.

i) Soziotechnische Innovationsmuster für Krankenhaus-IT

Drews, Paul; Rolf, Arno, Prof. Dr. (Betreuer)

Laufzeit des Projektes:

seit 2006

Projektbeschreibung:

Informationstechnik (IT) wird heute in vielen Bereichen von Krankenhäusern eingesetzt. Dafür werden

fortlaufend neue Verfahren – wie derzeit beispielsweise die elektronische Gesundheitskarte – entwickelt und

zur Anwendung gebracht. Für die Politik, die IT-Hersteller und die Krankenhäuser ist IT ein Instrument zur

Erzielung von Qualitätsverbesserungen und Kostensenkungen.

Im Rahmen des Promotionsvorhabens wird eine qualitativ-empirische Untersuchung der Innovationsprozesse

für Krankenhaus-IT durchgeführt. Ziel ist es, soziotechnische Muster in diesen Prozessen zu identifizieren

und zu beschreiben. Als theoretische Grundlage dienen neben dem Mikropolis-Modell Beiträge aus der

interdisziplinären Innovationsforschung und der Techniksoziologie.

Schlagwörter:

Innovation; Mikropolis; Krankenhaus; eHealth; soziotechnische Perspektive


AB Angewandte und sozialorientierte Informatik ASI – AGIS

Publikationen aus dem Projekt (seit 2007):

Drews, P.: Software für die grüne Wiese - Ärger bei der Rekontextualisierung in eine gewachsene IT-Infrastruktur.

In: Gumm et al. (Hrsg.): Mensch - Technik - Ärger? - Zur Beherrschbarkeit soziotechnischer

Dynamik aus transdisziplinärer Sicht. LIT, Münster, 2008, S. xx-yy.

Drews, P.: IT-Strategie im Krankenhaus - Akteure, Leitbilder und Mikropolitik. VDM-Verlag, Saarbrücken,

2008.

Drews, P.: Konzept für einen transsektoralen Auftragsbroker als Komponente einer Telematik-Infrastruktur.

In: INFORMATIK 2008 - Beherrschbare Systeme dank Informatik, 2008, S. 71-76.

Drews, P.: Kooperationsformen zwischen Anwendern in Innovationsprozessen für Krankenhausinformationssysteme.

In: Meißner, K. und Engelien, M. (Hrsg.) Virtuelle Organisationen und Neue

Medien 2008, TUDPress, Dresden, 2008, S. 375-385.

Drews, P.: Consequences of ICT-innovations on division of labor in health care - A socio-technical analysis

of telemedicine. In: Anderl, R., Arich-Gerz, B., Schmiede, R. (Eds.) Technologies of Globalization -

International Conference Proceedings (2008) S. 156-169.

Drews, P.: Open Innovation und Lead Users in der Telemedizin. In: Jäckel, A. (Hrsg.): Telemedizinführer

Deutschland 2009, Minerva, 2008, S. 318-322.

Drews, P.; Wendt, S.: Ergebnisse eines Beratungsprojektes zur Vorbereitung auf die Einführung der

elektronischen Gesundheitskarte in einem Krankenhaus, Beitrag zum Workshop eHealth, GI-Tagung

2007. GI Proceedings 110, Band 2, Bonn, 2007, S. 437-443.

j) Mimetische Software-Architekturen

Koors, Arne; Page, Bernd, Prof. Dr.-Ing. (Betreuer)

Laufzeit des Projektes:

seit 07/2007

Projektbeschreibung:

Viele der uns umgebenden Systeme wirken zeitweise chaotisch, vom Verkehr über soziale Netzwerke bis hin

zu Finanzmärkten. Während der chaotischen Phasen dieser Systeme erscheinen Prognosen kaum möglich,

doch auch die nicht-chaotischen Systemphasen sind häufig nicht formal beschreibbar, da die

Systemstrukturen transformieren oder externer Rekonfiguration unterliegen.

Es wird untersucht, inwieweit Algorithmen unter Übertragung der Konzepte Mimesis (Philosophie) bzw.

Mimikry (Biologie) adäquates Verhalten in zeitweise chaotischen Systemen zu zeigen vermögen, ohne über

eine formale Systemrepräsentation zu verfügen. Ansatz hierfür ist, das zu beobachtende oder simulierte

Handeln anderer Akteure bzw. Algorithmen zu bewerten und das eigene Vorgehen hieran dynamisch zu

orientieren. Durch mehrschichtigen Aufbau und integrierte Simulatoren lässt sich so eine hierarchische

Softwarearchitektur entwickeln, die u.a. bewusst die Versagensmöglichkeit ihrer eigenen Komponenten

berücksichtigt.

Anhand der Anwendungsdomäne Finanzmärkte sollen Gangbarkeit und Zusatznutzen des Konzeptes im

Vergleich zu bisherigen Herangehensweisen aus KI, Robotik und Echtzeitsystemen evaluiert werden.

Schlagwörter:

Chaotische Systeme, Software-Architektur, Mimesis, In-the-loop Simulation, Finanzmarkt-Handelssysteme

zugehörige Publikationen aus dem Projekt:

noch keine

k) Geschäftsprozessmodellierung von klinischen Behandlungspfaden und deren Simulation im

Krankenhaus

Andonova, Milena; Page, Bernd, Prof. Dr. (Betreuer)

Laufzeit des Projektes:

seit 04/2007

Projektbeschreibung:


Die IT-Unterstützung gewinnt für die Krankenhäuser im Deutschland in den vergangenen Jahren zunehmend

an Bedeutung. Hauptursachen dafür hängen mit dem Wegfall des Selbstkostendeckungsprinzips und der

zunehmenden Vergreisung der Bevölkerung zusammen. Mit der Einführung der Fallpauschalen in

19


AGIS – ASI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

20

Verbindung mit Diagnosis Related Groups (DRG), erhöht sich der wirtschaftliche Druck auf die

Krankenhäuser. Um dem Abbau von Krankenhausbetten oder Schließungen entgegen zu wirken, werden

neue Techniken wie elektronische Gesundheitskarte (eGK), Krankenhausinformationssysteme (KIS) und die

Implementierung von klinischen Behandlungspfaden entwickelt um eine Selbstregulierung zu ermöglichen.

Klinische Behandlungspfade werden traditionell eher von der medizinischen Seite betrachtet. Die

Einbindung in organisatorische Strukturen wurde bisher nicht vorgenommen. Durch die Nutzung der

Geschäftsprozessmodellierung soll neue Sicht auf die Organisation Krankenhaus geschaffen werden. Die

prozessbasierte Modellierung und anschließende Simulation der klinischen Behandlungspfade kann die

Beherrschbarkeit des Systems Krankenhaus, das über die reine medizinische Sicht hinausgeht, steigern,

sowie sich als ein Fortbildungs-, Steuerungs- und Qualitätssicherungs-Instrument für Krankenhäuser

profilieren.

Schlagwörter:

Klinische Behandlungspfade, Geschäftsprozessmodellierung, Business Process Modelling, Simulation von

Krankenhäusern, Krankenhausinformationssystem

Publikationen aus dem Projekt:

Andonova, M.: Geschäftsprozessmodellierung klinischer Behandlungspfade und ihre Simulation. In:

Schulze, T. (Hrsg.): Simulation and Visualization 2008 – Band II, SCS Publishing House, Magdeburg,

2008, S. 19 – 27.

l) Komponentenbasierte Modellierung und Simulation Lernfähiger Agenten

Kruse, Sven; Page, Bernd, Prof. Dr. (Betreuer)

Laufzeit des Projektes:

seit 01/2007

Projektbeschreibung:


Multiagenten-basierte Simulation hat sich in den vergangenen Jahren erfolgreich als eigenständiges

Simulationsparadigma etabliert. Der Entwickler besitzt mit der Agenten-Metapher eine neue Sichtweise auf

eigenständig agierende Akteure. Dabei wird dem Agent meistens die Fähigkeit zum Lernen abgesprochen.

Betrachtet man aber die neueren Erkenntnisse aus den zugehörigen Fachgebieten der zu simulierenden

Systeme, muss dies als ungerechtfertigt zurückgewiesen werden.

In der Informatik werden Lernfähigkeitsansätze in erster Linie im Bereich des Maschinellen Lernens (als

Spezialität der Künstlichen Intelligenz) untersucht. Im Rahmen des Dissertationsvorhabens soll geprüft

werden, wie und unter welchen Voraussetzungen die dort entwickelten Modelle, Theoreme und Algorithmen

für die Übertragung in die Simulation geeignet sind, bzw. welche Anpassungen und Ergänzungen

vorgenommen werden müssen. Zudem wird eine Einbettung in den Modellentwicklungszyklus von

Simulationen vorgeschlagen und die Notwendigkeit und geeignete Techniken zur Validierung von Modellen

mit lernenden Agenten vorgestellt. Als Schwerpunkt soll ein komponenten-basiertes Framework zur

Modellierung und Validierung von Lernfähigkeitsansätzen entwickelt werden, das es dem Entwickler

ermöglichen soll, bereits bestehende Simulationsmodelle zu erweitern.

Schlagwörter:

Multiagenten-basierte Simulation, lernfähiger Agenten, Validierung, komponenten-basierte Entwicklung,

Maschinelles Lernen, Modellentwicklungszyklus

Publikationen aus dem Projekt:

Kruse, S.: Vergleich von Multiagentenbasierter Simulation und Reinforcement Learning. In: Schulze, T.

(Hrsg.): Simulation and Visualization 2008 – Band II, SCS Publishing House, Magdeburg, 2008, S. 11 –

18.


AB Angewandte und sozialorientierte Informatik ASI – AGIS

Drittmittelprojekte

2.11 Kooperationsprojekt „PLUGIN.NET: Komponentenorientierte Architektur für Stoffstrommodellierungswerkzeuge“

Page, Bernd, Prof. Dr.-Ing.; Busse, Torsten; Denz, Nocolas (geb. Knaack)

Laufzeit des Projekts:

Von 2/2007 bis 6/2008.

Projektbeschreibung:

Gegenstand des Gesamtprojektes war die Konzeption und Realisierung eines Plugin-Frameworks für

Softwarewerkzeuge zur Modellierung mit Stoffstromnetzen, die eine flexiible Zusammenstellung spezieller

Modellierungswerkzeuge aus vorgefertigten bausteinartigen Komponenten (als Plugins realisiert) unterstützt

und somit die problemlose Erweiterung der Modellierungssoftware um neue Funktionaliäten erlaubt. Über

eine komplette Modularisierung der Softwarewerkzeuge werden eine passgenaue Funktionalität, anpassbare

Benutzungsoberflächen und einfache Erweiterbarkeit mit geringerem Aufwand erreicht. Das Projekt

PLUGIN.NET ist ein Kooperationsvorhaben zwischen dem Department Informatik, der FHTW Berlin sowie

dem auf Stoffstrommanagement spezialisierten Softwareunternehmen ifu Hamburg GmbH. Das Arbeitspaket

des universitären Teilprojekts umfasste die Entwicklung einer Fachsprache für die Stoffstromanalyse sowie

einer Datenbankpersistenz-Schicht. Die schnittstellenbasierte Fachsprache sollte die Basis für die

anwendungsspezifische Zusammenarbeit von Plugins aus dem Bereich Stoffstromanalyse schaffen, die aus

den beiden wichtigen Komponenten „Umsetzung von Begriffen in Schnittstellen“ und „Festlegen von Regeln

für korrekte Interaktionen“ besteht. Die Persistenzschicht dient der Bereitstellung und Verwaltung von

persistenten Objekten für beliebige Plugins. Die Herausforderungen für die Persistenzschicht liegen darin,

dass die zu persistierende Daten zunächst unbekannt sind, eine variable Erweiterbarkeit des Datenmodells

notwendig ist, die Versionsabhängigkeit persistenter Daten gefordert ist, sowie Transaktionen über mehrere

Plugins hinweg zulässig sein müssen.

Schlagwörter:

Stoffstromanalyse; Softwarearchitektur, Framework, Plugin, Softwarekomponenten, Persistenz

Finanzierung

Geldgeber: Innovationsstiftung Hamburg aus Mitteln der EU

Laufzeit der Förderung: 02/2007 – 6/2008

Gesamtmittel: Euro 95.300.-

Personalmittel: 1 1/2 BAT IIa

Sachmittel: Euro 1000.-

2.12 Technologietransfer-Projekt „Simulationsstudien und Stoffstromanalyse im Bereich Produktion und

Logistik unter Einsatz des Stoffstromsimulators Milan in der Halbleiterindustrie“

Page, Bernd, Prof. Dr.-Ing.; Wohlgemuth, Volker, Prof. Dr. (FHTW Berlin)

Laufzeit des Projekts:

Von 4/2005 bis 2/2008.

Projektbeschreibung:

Gegenstand des Technologietransferprojekts war die Durchführung von Simulationsstudien und Stoffstromanalysen

bei dem Halbleiterhersteller Vishay zu verschiedenen Fragestellungen aus dem Bereich Produktion

und Logistik unter Einsatz des Stoffstromsimulators Milan. Es wurden entscheidungsrelevante

Datenanalysen, Stoffstromanalysen, Modellrechnungen, Simulationsergebnisse sowie operationale Simulationsprogramme

erarbeitet. Dabei wurden schrittweise die Einzelbereiche der Halbleiterherstellung

modelliert Dabei ging es um die Ermittlung von Engpässen, Bestimmung des maximalen Durchsatzes bei

unterschiedlichem Produktmix; Datenerfassung und –aufbereitung; und Kapazitätsbedarfsanalysen. Aufgaben

der Stoffstromanalyse wurden in der Abschlussphase ebenfalls aufgenommen. Erst in der Kombination

der betrieblich-organisatorischen, auftragsbezogenen Simulation mit der materialbezogenen Stoffstromanalyse

unter Ökoefizienzaspekten lässt sich das volle Potenzial des Stoffstromsimulators ausschöpfen. Ziel

des Projektes war auch die Weiterentwicklung des Stoffstromsimulators anhand konkreter Einsatzszenarien.

21


AGIS – ASI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Schlagwörter:

22

Logistik-Simulation; Produktionssimulation; Diskrete Simulation; Simulationssoftware; Stoffstrommanagement;

Umweltinformatik; Chipproduktion.

Finanzierung

Geldgeber: Vishay Siliconix Itzehoe GmbH (über HITeC e.V.)

Laufzeit der Förderung: 4/2005 bis 2/2008

Gesamtmittel: Euro 103.500.-

2.13 ICT ENSURE –European ICT Environmental Sustainability Research Network:

Page, Bernd, Prof. Dr.-Ing.

Laufzeit des Projekts:

Von 2008 bis 2010.

Projektbeschreibung:

Mitarbeit in einer Support Action der EU zum Aufbau eines europaweiten Netzwerks Ökologische ICT

Nachhaltigkeitsforschung. Aufgabe ist die Erweiterung des Netzwerks der Umweltinformatikforschung auf

europäischer Ebene. Projektkoordinatoren sind das Know Center, Graz, die Internationale Gesellschaft für

Umweltschutz, Wien und das FZ Karlsruhe. Aufgaben sind die Ausarbeitung von Strategien für neue Forschungsrichtungen

und Netzwerkkommunikationswege. Es werden ausgewählte wissenschaftliche Themenfelder

im Rahmen der aktuellen Umweltik- bzw. Nachhaltigkeitsforschung, deren Anwendungen und der

Ausbildung von Experten bzgl. der Relevanz eines ICT-Einsatzes analysiert. Darüber hinaus wird ein Webbasiertes

ICT- Nachhaltigkeitsforschungs-Informationssystem entwickelt.

ICT-ENSURE soll einen Beitrag zu einem Single Information Space in Europe for the Environment (SISE)

leisten.

Finanzierung

Geldgeber: EU/ Internationale Gesellschaft für Umweltschutz, Wien (über HITeC)

Laufzeit der Förderung: 2008-2010

Gesamtmittel: Euro ca. 10.000.- (Anteil Department Informatik )

3. Publikationen und weitere Leistungen

Wissenschaftliche Publikationen im Berichtszeitraum

Beckhaus, S., Döring, T., Schröder-Kroll, R.: . In: Siebenundzwanzig Bremer Netzkunstaffairen, Alsleben

und Antke Eske (Hg.), edition kuecocokue, Hamburg, 2008, S. 38-39, 93-95.

Beckhaus, S., Schröder-Kroll, R., Berghoff, M.: Back to the sandbox - Playful Interaction with Granules

Landscapes. ACM Conference on Tangible and Embedded Interaction 2008 (TEI'08). Bonn, 2008, pp.

141-144.

Beckhaus, S., Schröder-Kroll, R., Döring, T., Juckel, T.: SoundVision — Ton zu Bild und Bild zu Ton, eine

vernetzte Konversation. In: Lucke, U., Kindsmüller, M.C., Fischer, S., Herczeg, M., Seehusen, S. (Hrsg.).

Workshop Proceedings der Tagungen Mensch & Computer 2008, DeLFI 2008 und Cognitive Design

2008. Logos, Berlin, 2008, S. 120-123.

Blom, K., Beckhaus, S.: On the Creation of Dynamic, Interactive Virtual Environments. In Proceedings of

the IEEE VR 2008 workshop "SEARIS - Software Engineering and Architectures for Interactive

Systems." Shaker, Aachen, 2008, pp. 57-60.

Busse, T., Denz, N., Page, B.: A PluginBased Framework for Domain Models and Persistence in

Environmental Management Information Systems. In: Möller, A., Page, B., Schreiber, M. (Eds.):

Environmental Informatics and Industrial Ecology. Proc. 22nd International Conference on Informatics

for Environmental Protection – enviroinfo 2008. Shaker, Aachen, 2008, pp. 593-602.

Döring, T., Beckhaus, S.: Bildmotive be-greifen – Die Verwendung von Bildkarten als Arbeitsmittel in

kunsthistorischer Forschung und Lehre. In: Lucke, U., Kindsmüller, M.C., Fischer, S., Herczeg, M.,

Seehusen, S. (Hrsg.). Workshop Proceedings der Tagungen Mensch & Computer 2008, DeLFI 2008 und

Cognitive Design 2008. Logos, Berlin, 2008, S. 19-21.

Döring, T.: Gestaltung eines papierbasierten Tangible Interface zur Unterstützung kunsthistorischer

Arbeitstechniken. In: Gesellschaft für Informatik (Hrsg.), Informatiktage 2008. Fachwissenschaftlicher

Informatik-Kongress, Gesellschaft für Informatik, Bonn, S. 119-122.


AB Angewandte und sozialorientierte Informatik ASI – AGIS

Gumm, D., Janneck, M., Langer, R., Simon E.J. (Hg.) Mensch - Technik – Ärger? Zur Beherrschbarkeit

soziotechnischer Dynamik aus transdisziplinärer Sicht. LIT, Münster, Reihe: Arbeitsgestaltung -

Technikbewertung – Zukunft Bd. 19, 2008

Haringer, M., Hotz, L., Kamp, V.: Two Stage Knowledge Discover for Spatio-temporal Radio-emission

Data. In Proceedings of 18th European Conference on Artificial Intellegence (ECAI) 2008. IOS Press,

2008, pp. 673-677.

Haringer, M., Beckhaus, S.: Measurement integration and calibration for affect estimation. ACM SIGCHI

Conference 2008 CHI'08 Workshop 'Measuring Affect in HCI: Going Beyond the Individual', Florenz,

04/2008.

Haringer, M., Beckhaus, S.: Framework for the measurement of affect in interactive experiences and games.

Proceedings of ACM SIGCHI conference CHI'08 Workshop "Evaluating UX in Games", Florenz,

04/2008.

Hess, H., Wischweh, J., Albrecht, K., Blom, K., Beckhaus, S.: ACTIF: An Interactor Centric Interaction

Framework. In: Proceedings of the ACM conference on Virtual Reality Software and Technology

(VRST) 2008. ACM Press, New York, 2008, pp. 39-42.

Kruse, S.: Vergleich von Multiagentenbasierter Simulation und Reinforcement Learning. In: Schulze, T.

(Hrsg.): Simulation and Visualization 2008 – Band II. SCS Publishing House, Magdeburg, 2008, S. 11 –

18.

Oberquelle, H.: Benutzergerechte MCI in einer dynamischen Welt - Eine Gestaltungsaufgabe. In: Hellige,

H.D. (Hrsg.). Mensch-Computer-Interface. Zur Geschichte und Zukunft der Computerbedienung.

transcript, Bielefeld, 2008, S. 157-172.

Oberquelle, H., Beckmann, O.: Beckmann's Studio Computers Specified for Early Computer Art. IEEE Annals

of the History of Computing, Vol. 30, 3, 2008, pp. 20-31.

Page., B., Wohlgemuth, V., Raspe, M: Material Flow Analysis for Eco-Efficiency with Material Flow

Networks – Concepts and Case Study. In: Miquel Sànchez-Marrè et. al. (Eds.), Proceedings of the iEMSs

Fourth Biennial Meeting: International Congress on Environmental Modelling and Software (iEMSs

2008). International Environmental Modelling and Software Society, Barcelona, Catalonia, July 2008.

CD-ROM, pp. 1620-1627.

Schmitz,, C. Page, B., Rolf, A.: Entwurf eines Assistentensystems für den CO2-Emissionshandel,

in Wohlgemuth, V. (Hrsg.): Konzepte, Anwendungen, Realisierungen und Entwicklungstendenzen

betrieblicher Umweltinformationssysteme (BUIS), Shaker, Aachen, 2008, S. 129-150.

Schröder-Kroll, R., Blom, K., Beckhaus, S.: Interaction Techniques for Dynamic Virtual Environments. In:

Proceedings of the 5. Workshop Virtuelle und Erweiterte Realität (VR/AR) der GI Fachgruppe VR/AR,

Shaker, Aachen, 2008, pp.57-68.

Möller, A., B. Page. M. Schreiber (Eds.): Environmental Informatics and Industrial Ecology. Proc. 22nd

International Conference on Informatics for Environmental Protection – enviroinfo 2008. Lüneburg

September 10-12 th 2008. Shaker, Aachen.

Wissenschaftliche Vorträge

Beckhaus, S.: „Chair and Shape-based Interaction“. Dagstuhl Seminar on Virtual Realities. Schloss

Dagstuhl, 3.6.2008

Beckhaus, S.: „Von Flughockern und Sandkisten – Spielesteuerung mal anders", Eingeladener Vortrag

bei der Ringvorlesung "Gamestechnologie und -theorie" an der HAW, Hamburg, 25.11.2008.

Beckhaus, S.: „Zwischen Real und Digital: Innovative Schnittstellen in den elektronischen Raum."

Eingeladener Vortrag bei den Klangwerktagen´08, Kampnagel, Hamburg. 27.11.2008.

Oberquelle, H.: „50 Jahre IT in der Universität Hamburg - Von Menschen und Maschinen, die früh die

Universität Hamburg verändert haben.”, Hamburg, 1.11.2008. Veröffentlicht als Mitteilung Nr. 341,

FBI-HH-M-341/08, 2008, 56 S.

Page, B.: Vision: Model Application Service Provider. Invited Presentation at EU-Experts Consultation

Worksho “Towards a Single Information Space for the Environment in Europe”, organised by the

European Commission - Information Society and Media, Directorate-General, ICT for Sustainable

Growth (Research on ICT for the Environment), Brüssel, 15. 2.2008.

Rolf, A.: Wissen, wie alles zusammenhängt. Ringvorlesung, Fachbereich Erziehungswissenschaft,

Universität Hamburg, 30.01.2008

Rolf, A.: Über Schwarmintelligenz und Bangalore-Butler - Orientierungswissen für Informatiker, oder:

Wissen, wie alles zusammenhängt. German Chapter of the ACM Kolloquium „IT im Überfluss“,

10.10.2008, Böblingen

23


AGIS – ASI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

4. Wichtige weitere Aktivitäten

Mitarbeit in wissenschaftlichen außeruniversitären Gremien

24

Beckhaus, Steffi:

Mitgründerin des GI-Arbeitskreises Computerspiele

Fachexpertin in der GI-Fachgruppe „Virtuelle Realität und Augmented Reality“ (VR&AR)

Drews, Paul:

Mitglied in der Projektgruppe "Elektronische Gesundheitskarte und Heilberufsausweis (eGK und HBA)"

der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie e.V.

Oberquelle, Horst:

Stellv. Sprecher des GI-FB "Mensch-Computer-Interaktion"

Deutscher Vertreter in IFIP TC13 "Human-Computer Interaction"

Mit-Herausgeber der Zeitschrift "icom - Zeitschrift für interaktive und kooperative Medien" im

Oldenbourg-Verlag, München

Page, Bernd:

Mitglied im Editorial Board der Zeitschrift „Environmental Modelling and Software“

Mitglied des Leitungsgremiums des GI-Fachausschusses Umweltinformatik - Informatik für Umweltschutz,

Nachhaltige Entwicklung und Risikomanagement (Wiederwahl für weitere 4 Jahre in 2008)

Rolf, Arno:

Gutachter Akkreditierungsagentur AQAS

Mitglied im Beirat FifF

Korrespondierendes Mitglied der Grünen Akademie der Heinrich-Böll-Stiftung

Mitarbeit in universitären Gremien

Beckhaus, Steffi:

Mitglied des Bibliotheksausschusses

Drews, Paul:

IKT-Ausschuss seit 08/2008

Gemeinsamer Ausschuss Wirtschaftsinformatik, ständiger Gast/Berater seit 08/2008

Oberquelle, Horst:

Mitglied im Vorstand des Department Informatik

Vorsitz Wirtschaftsausschuss

Vorsitz Studiengebührenkommission

Prüfungsausschuss Informatik (Stellv.)

Gemeinsame Kommission Informatik/Psychologie

Page, Bernd:

Beauftragter für das Nebenfach- und Wahlfachstudium des Departments Informatik

Mitglied in der Studienkommission des Departments Informatik

Externes Mitglied in der Berufungskommission Theoretische Ozeanographie an der Universität Hamburg

Vorstandsmitglied des HiTeC e.V. am Fachbereich Informatik der Universität Hamburg;

Stellvertretendes Mitglied im Ausschuss für die Nachwuchsförderung des Departments Informatik

Schwabl-Möhlmann, Angela:

Gleichstellungsbeauftragte des Departments Informatik

Stellv. Mitglied im Akademischen Senat der Universität Hamburg

Mitglied des Ausschusses für Lehre und Studium des Akademischen Senats

Begutachtungstätigkeit

Beckhaus, Steffi:

Gutachterin für die EU im FET Programm,

Mitglied im Programmkomitee IEEE Konferenz on Virtual Reality,

Gutachterin für die Konferenz ACM Virtual Reality Software and Technology (VRST),

Gutachterin für das IEEE/ACM International Symposium on Augmented and Mixed Reality (ISMAR),

Gutachterin für die Konferenz Eurographics, Gutachterin für die Konferenz ACM CHI,

Gutachterin für die Konferenz Intetain,

Gutachterin für den WS Pervasive Expression der Konferenz Pervasive,

Gutachterin für den WS ICMI der Konferenz Mensch&Computer,

Gutachterin für das Journal IEEE Intelligent Systems,

Gutachterin für das Journal IEEE Virtual Reality

Blom, Kristopher:

Gutachter für die Konferenz ACM Virtual Reality Software and Technology (VRST),

Gutachter für CGEMS (Computer Graphic Educational Materials),


AB Angewandte und sozialorientierte Informatik ASI – AGIS

Gutachter für die Konferenz Symposium on 3D User Interfaces,

Gutachter für die Konferenz Eurographics Virtual Environments (EGVE),

Programmkomitee des International Symposium on Visual Computing

Oberquelle, Horst:

Mitglied des Programmkomitees der 8. fachübergreifenden Konferenz "Mensch & Computer 2008"

Mitglied des Programmkomitees der 9. fachübergreifenden Konferenz "Mensch & Computer 2009"

Gutachter in Berufungsverfahren der Uni Stuttgart und der Uni Zürich

Page, Bernd:

Mitglied im Programmkomitee 22th International Conference “Informatics for Environmental

Protection”, EnviroInfo 2008, Lüneburg, September 2008,

Regelmäßige Begutachtungen für das internationale Journal „Environmental Modelling and Software“

Rolf, Arno:

Mitglied im Programmkomitee: Gemeinschaft in Neuen Medien, Dresden 2008

Gutacher in einem Habilitationsverfahren an der Universität Lüneburg

Konferenzorganisation

Beckhaus, Steffi:

Organisatorin des Workshops Innovative Computerbasierte Musikinterfaces (ICMI) auf der Mensch &

Computer 2008, Lübeck

Page, Bernd:

Mitglied im Organisationskomitee 22th International Conference “Informatics for Environmental

Protection”, EnviroInfo 2008, Lüneburg, September 2008

Sonstige Aktivitäten

Oberquelle, Horst:

Stellvertretender Vorsitzender Hamburger Informatik-Forum e.V. (HIForum) (Alumni-Verein)

Page, Bernd:

Durchführung extern finanzierter Technologietransfer-Projekte mit industriellen Partnern über HITeC

(zuletzt Vishay Siliconix Itzehoe GmbH )

Presse

Rolf, Arno

Wo bleiben die Informatik-Studenten? In: Hamburger Abendblatt, 10.03.2008.

Vielfältig und praxisnah. In: Hamburger Abendblatt, 10.03.2008, Interview.

Preise und Ehrungen

Bernd Page

Ernennung zum Fellow der International Environmental Modelling and Software Society (IEMSs)

anlässlich der Jahrestagung am 7.7.2008 in Barcelona.

Tanja Döring

Best Paper Preis bei den Informatiktagen 2008 der Gesellschaft für Informatik e.V. für Ihren Beitrag

mit dem Titel „Gestaltung eines papierbasierten Tangible Interface zur Unterstützung kunsthistorischer

Arbeitstechniken“

25


AGIS – ASI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

26


AG Informationstechnikgestaltung und Genderperspektive ITG - AGIS

Arbeitsgruppe

Informationstechnikgestaltung und Genderperspektive (ITG)

Vogt-Kölln-Str. 30, Haus D, 22527 Hamburg, Tel.: +49 40 428 83-2413, Fax: +49 40 428 83-2303

http://agis-www.informatik.uni-hamburg.de/itg/

1. Zusammenfassende Darstellung

Mitglieder der Departmenteinrichtung:

ProfessorInnen:

Dr. Ingrid Schirmer

AssistenInnen/Wiss. MitarbeiterInnen:

Dipl.-Inform. Britta Linnemann (bis 2/2008)

Dipl.-Inform. Detlef Rick

Dipl. Wirt.-Inf. Karsten Zimmermann

Technisches und Verwaltungspersonal:

Gäste:

Susan Rice, Fremdspr. Angest.; Dipl.-Inform. Uwe Zimmer, Systemadministrator

Prof. Dr. Florian Matthes, TU München, 26.05.2008

Prof. Dr. Dr. h.c. Ernst Theodor Rietschel, Präsident der Leibniz-Gemeinschaft Bonn, Berlin, 08.12.2008

Allgemeiner Überblick

Die Arbeitsgruppe besitzt zwei Schwerpunkte. Der erste widmet sich Genderaspekten bei der Informationstechnikgestaltung

und der Aneignung informatischen Wissens. Der zweite befasst sich mit verzahnter

Software- und Organisationsentwicklung bei der Entwicklung und Einführung von Informationssystemen in

Unternehmen und bei Aufgaben der IT-Governance.

Der Schwerpunkt Genderperspektive der Arbeitsgruppe ITG untersucht zum einen das gängige Bild der

Informatik, seine Entstehung und Reproduktion sowie seine Auswirkungen auf die Studien- und Berufswahl

junger Frauen und Männer, zum anderen genderbezogene Auswirkungen von Design-Entscheidungen bei der

Entwicklung von Informatikprodukten. Eine wesentliche Aktivität im Bereich Genderperspektive war in

diesem Jahr die Durchführung von Fortbildungen für Informatiklehrerinnen und -lehrer zu Unterrichtseinheiten,

welche bei ITG entwickelt und inzwischen in verschiedenen Kontexten wie Schulprojektwochen in

der Sekundarstufe I, Girls’ Day und Schnupperstudium erprobt worden sind.

Der Schwerpunkt Software- und Organisationsentwicklung betont die Kommunikation zwischen

Fachbereichen und IT sowohl im Rahmen von Entwicklungs- und Einführungsprojekten von

Anwendungssystemen als auch von IT-Governance-Aufgaben. Hierzu stellen wir Modellierungsansätze

bereit, die in erweiterten Vorgehensmodellen mit neu einzuführenden Prozessen eingesetzt werden.

Im Bereich Systementwicklung konzentriert sich Arbeit auf geeignete Ansätze zur

Kooperationsmodellierung. Die übliche Anforderungsanalyse ist hierbei durch Anforderungsdesign zu

ersetzen, das nur gemeinsam, d.h. zwischen Vertretern der Fachlichkeit und der Informatik, erfolgen kann.

Hierbei sind in explizit zu machenden Designschritten Alternativen zu kommunizieren, um Entscheidungen

vorzubereiten.

Im Bereich IT-Governance liegt der Schwerpunkt auf dem IT-Projektportfoliomanagement (PPM), das als

Umsetzungsinstrument der IT-Strategie zentrale Bedeutung erlangt. Entscheidend ist ein architekturbasiertes

PPM, bei dem die inhaltlichen Abhängigkeiten zwischen Projekten in den Zuschnitt des Portfolios und der

Projekte einbezogen und Bearbeitungszustände transparent gemacht werden. Hierzu verfolgen wir

Visualisierungsansätze im Sinne der Softwarekartographie. Unser Ansatz bietet Modellierungen des

Portfolios auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen und Kartengründen. Diese werden in Zusammenarbeit

mit Unternehmen entwickelt.

Forschungsschwerpunkte

Gemäß der Ausrichtungen der Arbeitsgruppe befassen sich aktuelle und zukünftige Forschungsthemen mit

27


AGIS - ITG Jahresbericht 2008Informatik UniHH

28

• der Erhöhung des Frauenanteils an den Informatikstudierenden,

• informatischer Bildung in allgemeinbildenden Schulen und in der Hochschule,

• dem Bild und dem Selbstbild der Informatik,

• umfassenden Vorgehensweisen und Methoden zur verzahnten Software- und Organisationsentwicklung,

• IT- und Projektportfolio-Management in Unternehmen.

Wissenschaftliche Zusammenarbeit

Industrie und industrienahe Forschungseinrichtungen in Deutschland

• Otto GmbH & Co KG, 22172 Hamburg

• Steria Mummert Consulting AG, 22085 Hamburg

Kooperationspartner im Ausland

• University of St Andrews, School of Computer Science, St Andrews, UK

Ausstattung

Die Arbeitsgruppe verfügt über fünf mobile Arbeitsplätze, einen weiteren Arbeitsplatzrechner, eine

Videokamera inklusive Zubehör. Darüber hinaus nutzt sie das einrichtungsübergreifende AGIS-Labor.

2. Die Forschungsvorhaben der Departmenteinrichtung

Etatisierte Projekte

2.1 Umfassender Ansatz zur verzahnten Software- und Organisationsentwicklung

Schirmer, Ingrid, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

Seit 4/2005

Projektbeschreibung:

Zentrales Thema des Projektes ist die Entwicklung eines umfassenden Ansatzes zur verzahnten Software-

und Organisationsentwicklung. Entgegen einer Forschungslandschaft, die eine Vielzahl spezialisierter

Ergebnisse bereitstellt, soll ein umfassender Ansatz erarbeitet werden, der Resultate unterschiedlicher

Forschungszweige verbinden lässt. Die Entwicklung orientiert sich an praxisnahen Fragestellungen wie der

Auswahl geeigneter Methoden und Technologien, der Integration technischer und nichttechnischer Aufgaben

sowie der erweiterten Überbrückungsleistung im Design. Forschungsthemen befassen sich mit einer

Fundierung umfassender Ansätze durch Zugrundelegen eines posthumanistischen Wissenschaftsverständnisses,

das geeignet ist, harte und weiche Ansätze unterschiedlicher Disziplinen zu verbinden, mit

einer anwendungsbezogenen Musterbildung als Ausgangspunkt für die Systementwicklung und mit

Vorgehensweisen und Methoden zur Anleitung des erweiterten Designwegs mit Neugestaltung anstelle von

Nachbildung sowie Unterstützung tatsächlicher Arbeitsformen anstelle formal definierter Prozeduren. In

diesem Zusammenhang wird auch an der Bereitstellung eines geeigneten Kanons an interdisziplinären

Orientierungswissen (z. B. aus Organisationstheorie, Koordinationstheorie oder domänenspezifischen

Analysen) gearbeitet, der zur Charakterisierung anwendungsbezogener Kooperationsmuster und zur

Anleitung des Designs geeignet ist. Anwendungsbeispiele beziehen sich auf die Unterstützung verschiedener

Kooperationsarten in Geschäftsprozessen und in Teamarbeit aus unterschiedlichen Domänen sowie auf neue

Geschäftsmodelle und Systeme für organisationsübergreifende Dienstleistungsprozesse.

Schlagwörter:

IT-Systeme in Organisationen; CSCW; Business Process Reengineering; Workflow; organisationsübergreifende

Dienstleistungsprozesse; Serviceflow Management; Kooperationsmuster; Workflow Pattern;

anwendernahe Modellierungsmethoden; Kooperationsbilder

2.2 VIADUCT ® -Ansatz für Business-IT-Alignment

Schirmer, Ingrid, Prof. Dr.; Zimmermann, Karsten, Dipl. Wirt.-Inf.

Laufzeit des Projektes:

Seit 10/2005


AG Informationstechnikgestaltung und Genderperspektive ITG - AGIS

Projektbeschreibung:

Der Forschungsschwerpunkt VIADUCT ® beschäftigt sich mit der Thematik des Business-IT-Alignments,

also der verzahnten Entwicklung und Umsetzung IT-bezogener Unternehmens- sowie geschäftsbezogener IT-

Strategien. Als Kern wird das Management der Unternehmensarchitektur (Enterprise Architecture

Management (EAM)) herangezogen, um weitere Aufgaben des IT-Managements architekturbasiert

abzuwickeln.

Grundlegende Instrumente des VIADUCT ® -Ansatzes sind ein Unternehmensglobus und Themenatlanten, die

die Konzepte des EAM mit weiteren Themenfeldern des IT-Managements – Projektport-foliomanagement,

Sicherheitsmanagement, Organisationsstruktur, Kostenanalyse, etc. – verknüpfen. Sie nutzen Visualisierungsansätze

aus Kartographie und Informationsgrafik, um die jeweiligen Inhalte auf den Ebenen der

Unternehmensarchitektur geeignet darzustellen und zu kommunizieren. Hierbei werden Standardisierungen,

Kategorien und Kennzahlensysteme erarbeitet, die zur Aggregierbarkeit detaillierter Darstellungen auf Übersichtskarten

beitragen.

Zur Umsetzung des Ansatzes wird eine Architekturzentrale konzipiert, die, mit geeigneten Prozessen, Rollen,

Gremien und Instrumenten ausgestattet, die Planung, Steuerung und Kommunikation des architekturbasierten

IT-Managements betreibt.

Schlagwörter:

IT-Governance; IT-Architektur-Engineering; IT-Komplexität; Software-Kartographie; Aufgaben und

Standards für IT-Management; Projektmanagement; Visualisierung von IT-Architekturen; Business-IT-

Alignment

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Schirmer, I.; Zimmermann, K.: Visualisierung von Projektportfolios zur Unterstützung des Architekturmanagements

– Der VIADUCT-PPM Ansatz. In: INFORMATIK 2008 : Beherrschbare Systeme – dank

Informatik, S. 563-570, 2008

2.3 Erhöhung des Frauenanteils an den Informatikstudierenden und Vernetzung mit Schulen

Linnemann, Britta, Dipl.-Inform. (bis 2/2008); Rick, Detlef, Dipl.-Inform; Schirmer, Ingrid, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

Seit April 2005

Projektbeschreibung:

Die Gründe für die Meidung der Informatik durch Schülerinnen und Frauen sind vielschichtig. Sie reichen

von einer breiteren Orientierung an nicht-technischen Bereichen über die vorzufindende Identifikation von

Männlichkeit und Technik, abschreckende Erfahrungen mit naturwissenschaftlich-technischen Fächern in der

Schule, die unterschiedlichen Vorerfahrungen mit und Herangehensweisen an Technik, ein irreführendes,

klischeebehaftetes Berufsbild, bis hin zu unterschiedlichen Lebensperspektiven von Jungen und Mädchen.

Ansätze, die wirksam den Anteil von Frauen im Informatikstudium erhöhen, müssen daher mehrere Ziele

verfolgen. Im Zentrum des Projektes steht die Erarbeitung eines gendersensitiven Didaktikansatzes, der

unterschiedliche Lernstile anspricht. Ziel ist es, diesen Ansatz im Schulunterricht (im Rahmen von

Projektwochen) und in Extraangeboten für Schülerinnen (z. B. Schnupperstudium, Girls´ Day) einzusetzen

und zu evaluieren.

Gleichzeitig wird die Vernetzung mit Hamburger Schulen (in Zusammenarbeit mit der Professur für

Allgemeine Erziehungswissenschaft unter besonderer Berücksichtigung der Didaktik der Informatik)

angestrebt. Das in diesem Zusammenhang erarbeite Konzept zur Stärkung des Informatikunterrichts durch

Intensivierung der Zusammenarbeit zwischen Universität und Hamburger Schulen wurde mit dem Präsidium

der Universität abgestimmt sowie an die Hamburger Schulsenatorin weitergeleitet. Ebenso hat eine

Vernetzung mit der NAT-Initiative und weiteren in Hamburg aktiven Stellen stattgefunden. Für eine

Umsetzung des Konzeptes werden diese Kontakte weiter ausgebaut. Eingebettet sind diese Aktivitäten

gleichzeitig in eine Entwicklung einer Gesamtstrategie zur Öffentlichkeitsarbeit des Departments, die unter

dem Motto „Informatik – Form die Zukunft!“ steht.

Schlagwörter:

Gender und IT; Frauen in der Informatik; Klischees und Bild der Informatik; Informatische Bildung;

Informatik in der Schule; gendersensitive Didaktik der Informatik; Lernstile der Informatik

29


AGIS - ITG Jahresbericht 2008Informatik UniHH

2.4 Initiative Masterstudiengang „IT-Management und -Consulting“

30

Schirmer, Ingrid, Prof. Dr.; Ritter, Norbert, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

Seit Februar 2008

Projektbeschreibung:

Nach einer Reihe von Vorgesprächen mit in Hamburg ansässigen Unternehmen initiierte ITG die Initiative

Masterstudiengang „IT-Management und -Consulting“. Hierzu führte ITG nach Befürwortung durch den

Departmentvorstand eine Kooperation zwischen dem Department Informatik und der Handelskammer

Hamburg herbei.

Ziel des Projektes ist es, (ab WS 2010/11) einen praxisorientierten Masterstudiengang als Aushängeschild

der Hamburger Informatik anzubieten. Als Alleinstellungsmerkmal verfolgt der Studiengang das Ziel, IT-

Transferleister auszubilden, die in der Kenntnis von IT-Innovationstreibern diese zum Nutzen von

Unternehmen einsetzen, den Aufwand einer entsprechenden Transformation einschätzen und gleichzeitig als

Kommunikatoren fungieren. Durch den Studiengang soll ein dreifacher WIN erzeugt werden: der IT-Standort

Hamburg soll gestärkt, eine Spitzenausbildung angesiedelt und dem IT-Fachkräftemangel entgegengewirkt

werden.

Für die Umsetzung ist in Zusammenarbeit mit dem Departmentleiter die Bildung eines Kuratoriums, das u.a.

die finanzielle Förderung einer Stiftungsprofessur übernimmt, in Gang gesetzt worden. Hierzu wurde

Informationsveranstaltung mit hochrangigen Gastrednern und 60 teilnehmenden Unternehmensvertretern

durchgeführt, an die sich eine Reihe von Einzelgesprächen anschloss. Die weiteren Schritte bestehen in der

Gewinnung weiterer Förderer, der Kuratoriumsgründung, der Ausschreibung und Besetzung der geplanten

Stiftungsprofessur, der Aufstellung der fachspezifischen Bestimmungen und der Bewerbung des

Studiengangs.

3. Publikationen und weitere Leistungen

Wissenschaftliche Publikationen im Berichtszeitraum

Schirmer, I.; Zimmermann, K.: Visualisierung von Projektportfolios zur Unterstützung des

Architekturmanagements – Der VIADUCT-PPM Ansatz. In: INFORMATIK 2008 : Beherrschbare

Systeme – dank Informatik, S. 563-570, 2008

Wissenschaftliche Vorträge

Schirmer, Ingrid:

07.06.2008, Podiumsdiskussion „Geschlechtergerecht lehren an der Hochschule“, Erste Sächsische

Frauenfachtagung, Chemnitz

Floyd, Christiane; Schirmer, Ingrid:

15.–17.10.2008, Implicit ethics in teaching software engineering, International workshop “Teaching

ethics and peace to science and engineering students”, University of Hamburg

Rick, Detlef:

05.04.2008, Raytracing – Ein Einstieg in die Programmierung mit POV-Ray, 8. Landestagung der

Informatiklehrer des Landes Mecklenburg-Vorpommern, Rostock

07.06.2008, Podiumsdiskussion „Naturwissenschaft begeistert Mädchen“, Erste Sächsische Frauenfachtagung,

Chemnitz

4. Wichtige weitere Aktivitäten

Mitarbeit in wissenschaftlichen außeruniversitären Gremien

Schirmer, Ingrid:

Mitglied der institutsübergreifenden Sozietät Informatik im Zentrum für Lehrerbildung, Hamburg

Mitarbeit in universitären Gremien

Schirmer, Ingrid:

Mitglied der Bachelor- und Master-Kommission Wirtschaftsinformatik

Verantwortliche für die Lehramtsstudierenden am Department Informatik

Beauftragte für Öffentlichkeitsarbeit


AG Informationstechnikgestaltung und Genderperspektive ITG - AGIS

Mitglied der Taskforce Schule

Begutachtungstätigkeit

Schirmer, Ingrid:

Mitarbeit im Fachbeirat des Projekts „tasteMINT“ des Life e.V., Berlin

Mitglied des Programmkomitees des 5th European Symposium on Gender & ICT (GICT) 2009, Bremen

Sonstige Aktivitäten

Schirmer, Ingrid:

02.07.2008, Ansprache zur Semesterverabschiedung: „Von Bildhauern und Lebensdiplomen“

Ritter, Norbert; Rolf, Arno; Schirmer, Ingrid; Züllighoven, Heinz:

Skizze für einen neuen Studiengang „IT-Management und -Consulting“ am Department Informatik

Ritter, Norbert; Schirmer, Ingrid:

03.12.2008, Informationsveranstaltung „IT-Management und -Consulting : Ein neues praxisnahes IT-

Studienangebot zur Stärkung der Metropolregion Hamburg“, Universität Hamburg

Marinescu, Irina; Rick, Detlef:

21. und 28.04.2008, 3-D-Grafik mit POV-Ray : Ein Einstieg in die Programmierung (Teil 1 u. 2). LI-

Lehrerfortbildung am Department Informatik

31


AGIS - ITG Jahresbericht 2008Informatik UniHH

32


AB Softwaretechnik SWT - AGIS

Arbeitsbereich

Softwaretechnik (SWT)

Vogt-Kölln-Straße 30, Haus D, 22527 Hamburg, Tel. +49 40 428 83-2413, Fax. +49 40 428 83-2303

http://agis-www.informatik.uni-hamburg.de/swt/

1. Zusammenfassende Darstellung

Mitglieder der Departmenteinrichtung:

ProfessorInnen:

Dr. Christiane Floyd (bis 09/2008), Dr.-Ing. Heinz Züllighoven, Dr. Guido Gryczan (Vertretungsprofessor)

DozentInnen:

Dr. Wolf-Gideon Bleek (ab 10/2008)

AssistenInnen/Wiss. MitarbeiterInnen:

Dipl.-Inform. (FH) Petra Becker-Pechau; Dr. Wolf-Gideon Bleek (bis 08/2008); Dr. Carola Lilienthal (bis

03/2008); Dr. Lara Peters (ab 07/2007 Mutterschutz); Dipl.-Wirt.Inf. Jörg Rathlev; Dr. Axel Schmolitzky;

Dipl.-Wirt.Inf. Christian Späh (Lehrkraft für besondere Aufgaben, ab 03/2008)

Technisches und Verwaltungspersonal:

Gäste:

Susan Rice, Fremdspr. Angest.; Dipl.-Inform. Uwe Zimmer, Systemadministrator

Dr. Michael Kölling (University of Kent), 07.01.2008

Dr. Worku Alemu (CTIT, Addis Abeba), 25.1.–16.2.2008

Dr. Rahel Bekele (Addis Ababa University), 25.1.–16.2.2008

Ethiopia Tadesse (Addis Ababa University), 25.1.–16.2.2008

Prof. Dr. Yvonne Dittrich (IT Universität Kopenhagen), 14.–15.2.2008

Hataichanok Unphon (IT Universität Kopenhagen), 14.–15.2.2008

Prof. Dr. Claus Leverentz (TU Cottbus), 14.–15.2.2008

Marcel Bennicke (TU Cottbus), 14.–15.2.2008

Dr. Matthias Riebisch (TU Ilmenau), 08.04.2008

Prof. Dr. Florian Matthes (TU München), 26.05.2008

Dr. Matthias Riebisch und Studentendelegation (TU Ilmenau), 06.06.2008

Prof. Dr. Klaus Pohl (Universität Essen-Duisburg), 13.06.2008

Prof. Dr. Alan Borning (University of Washington, Seattle), 21.07.–30.07.2008

Prof. Dr. Ralf Reussner (TH Karlsruhe), 29.08.2008

Prof. Dr. Gust Pomberger (Johannes Kepler Universität Linz), 17.10.2008

Prof. Dr. Markus Warg (Deutscher Ring), 07.11.2008

Prof. Dr. Jörg Raasch (HAW), 19.11.2008

Allgemeiner Überblick

Der Arbeitsbereich Softwaretechnik vertritt einen anwendungsnahen und menschenzentrierten Ansatz und

befasst sich primär mit Entwurf und Konstruktion, Auswahl, Einsatz und Weiterentwicklung von interaktiver

Software zur Unterstützung von qualifizierten Aufgaben in Wirtschaft und Verwaltung. Dabei kommt dem

objektorientierten Paradigma eine besondere Bedeutung zu.

Im Mittelpunkt steht das Anliegen, qualitativ hochwertige Software so zu entwickeln, dass sie praxisgerecht,

verständlich und handhabbar zur technischen und methodischen Unterstützung von Arbeitsprozessen eingesetzt

werden kann. Der Arbeitsbereich geht davon aus, dass dies nur mit einem erweiterten Blick auf die organisatorische

und soziale Einbettung von Softwaresystemen in ihrem Einsatzumfeld gewährleistet werden

kann.

Forschungsschwerpunkte

Evolutionäre und kooperative Systementwicklung

Der Methodenrahmen STEPS (Softwaretechnik für evolutionäre und partizipative Systemgestaltung) bietet

ein durchgängiges Konzept auf der Basis eines zyklischen Projektmodells und kann – je nach

33


AGIS - SWT Jahresbericht 2008Informatik UniHH

34

Konstruktionstechnik – mit verschiedenen Methoden ausgefüllt werden. Der Werkzeug & Material-Ansatz

setzt als Methodenrahmen evolutionäres Vorgehen in objektorientierte Konstruktionstechnik um. Die

Auswertung der Kooperationsprojekte mit der Wirtschaft führte zu neuen Ergebnissen im Bereich des

Entwicklungsprozesses auf der Basis von Frameworks.

Ziel ist die weitere Ausarbeitung, Erprobung und Weiterentwicklung von Konzepten zur evolutionären

Softwareentwicklung unter besonderer Berücksichtigung agiler Vorgehensweisen. Dazu gehören als

technische Grundlage Prototyping und versionsorientiertes Vorgehen, als Organisationsform

selbstorganisierende, kooperative Projektteams mit Benutzer/innenbeteiligung. Schwerpunkte liegen im

methodischen Bereich sowie in der Erprobung in der Praxis. Evolutionäre Systementwicklung bildet die

gemeinsame Arbeitsgrundlage des gesamten Arbeitsbereichs.

Entwurf und Konstruktion objektorientierter Anwendungssoftware

Ziel der Aktivitäten ist die Ausarbeitung und industrielle Erprobung eines methodischen objektorientierten

Ansatzes zur Softwareentwicklung, bei dem, basierend auf einem anwendungsorientierten Leitbild und

Entwurfsmetaphern wie Werkzeug und Material, Konzepte, Vorgehensweisen, Architekturprinzipien und

Darstellungsmittel der objektorientierten Systemanalyse und des Entwurfs zusammengeführt werden. Die

bisherigen Ergebnisse sind unter dem Namen Werkzeug & Material-Ansatz international bekannt geworden.

Aktuell wird der Trend zu großen verteilten und heterogenen Software-Landschaften wichtig. Die

Weiterentwicklung solcher Anwendungslandschaften im Rahmen des WAM-Ansatzes wird in Theorie und

Praxis im Arbeitsbereich behandelt.

Durch die Zusammenarbeit mit der Firma C1 WPS erhalten MitarbeiterInnen und Studierende Zugang zu

großen industriellen Software-Systemen. Die enge Anbindung der Firma an die Forschungs- und

Entwicklungsaktivitäten des Arbeitsbereichs ist durch Regelungen und Abkommen mit der Universität

gesichert.

Architekturzentrierte Softwareentwicklung

In den letzten Jahren gewinnt die Softwarearchitektur in der internationalen Literatur wie auch in der Praxis

zunehmende Bedeutung. Dies hat bereits seit Jahren seinen Niederschlag in der Forschung des

Arbeitsbereichs gefunden. Hier werden methodische Grundlagen für die architekturzentrierte

Softwareentwicklung anhand von Fallstudien erarbeitet. Gegenstand der Forschung sind sowohl Prozess-

Aspekte – Wie ist ein architekturzentrierte Softwareentwicklung sinnvoll in Teilschritte zu gliedern,

abzusichern, zu managen, usw. – wie auch Produkt- und Struktur-Aspekte wie zum Beispiel die Erarbeitung

von Kriterien zur architekturzentrierten Softwareentwicklung anhand von strukturellen Merkmalen von

Software-Systemen. Hier kommen auch Analysewerkzeuge zum Einsatz. Empirische Grundlagen werden

anhand von qualitativen und quantitativen Kriterien in Kooperationsprojekten, z.B. mit dem DESY

erarbeitet. Eine besondere Bedeutung haben komponentenorientierte Architekturen, z.B. Eclipse RCP und

OSGi.

Praxisorientierte Ausbildungskonzepte in der Informatik

Der Schwerpunkt befasst sich mit neuen didaktischen Konzepten im Bereich der Softwaretechnik. Neben den

Fragen der Schwerpunktsetzung und Reihenfolge bei zentralen Themen wie der Programmierausbildung wird

das kooperative Arbeiten unter Ausnutzung innovativer Techniken in den Mittelpunkt gestellt.

Grundlagen der Softwaretechnik

Ziel ist die Erarbeitung von tragfähigen Verständnisgrundlagen für die kooperativen Erkenntnisprozesse bei

Softwareentwicklung und -einsatz sowie von Leitbildern für einen sozial wünschenswerten und

verantwortbaren Technikeinsatz. Da Softwareentwicklung immer die Nachbildung menschlicher

Denkprozesse am Computer bedeutet, ist sie mit Annahmen über Denken, Kommunikation und Kooperation

zwischen Menschen verbunden. Das betrifft folgende wichtige Themen der Softwaretechnik:

• Softwareentwicklung als von Menschen getragener situierter Prozess,

• Wechselwirkung zwischen menschlichem Handeln und dem Einsatz von Software,

• Softwareentwicklungsmethoden und -werkzeuge im Rahmen kooperativer Erkenntnisprozesse,

• Gesichtspunkte für einen verantwortbaren Einsatz von Softwaresystemen.

Darüber hinaus werden aufbauend auf die Arbeit am Studientext „Informatik als Praxis und Wissenschaft“

wissenschaftstheoretische Grundlagen für ein ausdifferenziertes, multiperspektivisches

Informatikverständnis erarbeitet. Im Berichtszeitraum wurde „Operationale (Re-)konstruktion“ als

informatik-spezifischer Denkstil bei der 3rd International Conference of the European Society for the History

of Science“ vorgestellt.


AB Softwaretechnik SWT - AGIS

Wissenschaftliche Zusammenarbeit

Industrie und industrienahe Forschungseinrichtungen in Deutschland

• C1 WPS Workplace Solutions GmbH, Hamburg

• Deutsches Elektronen Synchrotron, Hamburg

• expeer GmbH, Bonn

• Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT, Sankt Augustin

• Innoopract Informationssysteme GmbH, Karlsruhe

• Innovationsstiftung Hamburg, Hamburg

• Lufthansa Technik Logistik, Hamburg

• OrbiTeam Software GmbH & Co. KG, Bonn

• Pixelpark AG, Berlin

• Software-Tomography GmbH, Cottbus

• UpTech.Network. e.V., Hamburg

Universitäten und Technische Hochschulen in Deutschland

• Brandenburgische Technische Universität Cottbus, Institut für Informatik, Lehrstuhl für Software-

Systemtechnik, Cottbus

• Freie Universität Berlin, Institut für Informatik, Arbeitsrichtung Systemsoftware, Berlin

• Hochschule für angewandte Wissenschaften, Hamburg

Kooperationspartner im Ausland

• Aarhus University, Computer Science Department, Alexandra Institutet, Århus, Dänemark

• Addis Abeba University, Faculty for Informatics, Addis Abeba, Äthiopien

• BoC - (Business Objectives Consulting) Information Technologies Consulting GmbH, Wien, Österreich

• College of Telecommunications and Information Technology, Addis Abeba, Äthiopien

• Computing Laboratory, University of Kent, Canterbury, Kent, UK

• German University in Cairo, Faculty of Management Technology, Al Tagamoa Al Khames, New Cairo

City, Ägypten

• Johannes Kepler Universität Linz, Institut für Wirtschaftsinformatik und Organisationsforschung sowie

Institut für Angewandte Informatik, Linz / Auhof, Österreich

• Poet Egypt, Ägypten

• Technische Universität Wien, Wissenschafterinnenkolleg für Internettechnologie sowie Institut für

Softwaretechnik und Interaktive Systeme, Wien, Österreich

Universität von Alexandria, Ägypten

Universität Wien, Institut für Informatik und Wirtschaftsinformatik, Abteilung Knowledge Engineering,

Wien, Österreich

• University of Washington, Department of Computer Science and Engineering, Seattle, WA, USA

Ausstattung

Der Arbeitsbereich verfügt über eine auf die Aspekte Forschung, Lehre und Industriekooperation

abgestimmte Systemplattform. Es kommen im Wesentlichen Intel-basierte PC-Systeme sowohl als

Arbeitsplatzrechner, Notebooks als auch in gemeinsamen Labor-Arbeitspätzen zum Einsatz. Zusammen mit

dem Arbeitsbereich ASI werden je ein bewegliches und fest installiertes Smart-Board betrieben.

2. Die Forschungsvorhaben der Departmenteinrichtung

Etatisierte Projekte

2.1 Architekturzentrierte Entwicklung beim Offshore Outsourcing

Gryczan, Guido, Dr.; Sauer, Joachim; Züllighoven, Heinz, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

Von 1/2005

Projektbeschreibung:

Im Rahmen seines Dissertationsvorhabens untersucht Joachim Sauer, ob und wie architekturzentrierte

Entwicklung bei der Bewältigung typischer Herausforderungen und Probleme des Offshore Outsourcings

helfen kann. Die empirische Basis bilden dabei Fallstudien internationaler Projekte mit Indien, Russland, den

Vereinigten Staaten und Irland, die in Kooperation mit der C1 WPS durchgeführt wurden. Durch Integration

35


AGIS - SWT Jahresbericht 2008Informatik UniHH

36

der entwickelten Konzepte und Techniken in den Werkzeug & Material-Ansatz sollen gewonnene

Erkenntnisse praktisch nutzbar gemacht werden.

Im Wintersemester 2008/09 wurde im Rahmen des OOSE-Projektes eine Forschungskooperation mit der

Universität von Alexandria gestartet. Deren Ziel ist es, Studierenden Erfahrung in der verteilten Entwicklung

zu ermöglichen, und neue Erkenntnisse für die Grundlagenforschung in diesem Bereich zu gewinnen.

Schlagwörter:

Architekturzentrierte Entwicklung; Offshoring; Verteilte Entwicklung

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Kornstädt, A.; Sauer, J.: Mastering Dual-Shore Development – The Tools & Materials Approach Adapted to

Agile Offshoring, In: Meyer, Bertrand; Joseph, Mathai (Hrsg.): Software Engineering Approaches for

Offshore and Outsourced Development, First International Conference, SEAFOOD 2007, Zurich,

Switzerland, February 5–6, 2007. Revised Papers Bd. 4716, Springer, 2007, S. 83–95, 2007

Kornstädt, A.; Sauer, J.: Tackling Offshore Communication Challenges with Agile Architecture-Centric

Development, In: Proceedings of the Sixth Working IEEE/IFIP Conference on Software Architecture

(WICSA 2007), Mumbai, Indien, 2007

Sauer, J.: Agile Offshore Outsourcing - Concepts and Practices for Flexible Integration of Offshore

Development Services, In: Proceedings of the Agile Business Conference 2006, November 7-9, QEII

Conference Centre, London, UK, 2006

Sauer, J.: Enabling Agile Offshoring with the Dual-Shore Model, In: Walid Maalej, Bernd Bruegge (Hrsg.):

Software Engineering 2008 - Workshopband, Fachtagung des GI-Fachbereichs Softwaretechnik, 18.–

22.02.2008 in München. Lecture Notes in Informatics, GI, Vol 122, Bonn, S. 35–42, 2008

2.2 Praxisorientierte Ausbildungskonzepte in der Informatik

Becker-Pechau, Petra; Bleek, Wolf-Gideon, Dr.; Floyd, Christiane, Prof. Dr.; Lilienthal, Carola, Dr.;

Schmolitzky, Axel, Dr.; Späh, Christian; Züllighoven, Heinz, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

Seit 2002

Projektbeschreibung:

Trotz verbesserter Werkzeugunterstützung, immer schnellerer Hardware und neuer Entwicklungsmethoden

bleibt Softwareentwicklung schwierig. Die Kernthese dieses Forschungsschwerpunktes lautet: Es gibt kein

Technologieproblem, es gibt ein Ausbildungsproblem. Das größte Problem in Softwareprojekten ist demnach

die mangelnde Qualifikation der EntwicklerInnen und EntscheiderInnen. Die Softwarelandschaft ist so

komplex geworden, dass nur erstklassig ausgebildete Personen den neuen Herausforderungen gewachsen

sein können. Zu einer erstklassigen Ausbildung gehören jedoch nicht nur technisches Wissen und

methodische Fähigkeiten, sondern auch diverse Soft-Skills wie die Fähigkeit zum Vermitteln komplexer

Entwürfe oder zu kooperativer Arbeit in Projektteams.

Behandelte Themen in diesem Schwerpunkt: Didaktische Prinzipien für die Programmierausbildung,

Integration neuer Medien in Lehrveranstaltungen, Wurzeln und Grundlagen der Objektorientierung in der

Lehre, Werkzeugunterstützung bei Lernprozessen, Rückkopplung der Ausbildung mit der Praxis, Einordnung

neuer Sprachkonzepte in das Curriculum, Schwerpunktverschiebungen im Curriculum, Integration agiler

Methoden (u.a. Programmieren im Paar) in die Ausbildung.

Aufbauend auf den Erkenntnissen dieses Forschungsschwerpunktes wurden u.a. die Bachelor-Module SE-I

und SE-II neu konzipiert und fortlaufend überarbeitet. Ein neues Lehrbuch ist in Arbeit.

Schlagwörter:

Paar-Programmieren; Programmierausbildung; Lernen, computergestütztes kooperatives; Wissensprojekte;

Projektlernen; Lernumgebungen; Teachlets.

Publikationen aus dem Projekt:

Obendorf, H.; Schmolitzky, A.; Finck, M.: XPnUE – defining and teaching a fusion of eXtreme

programming and usability engineering, HCI Educators Workshop 2006 - HCIEd2006, Limerick, Irland,

March 23–24, 2006

Schmolitzky, A.: Hochschullehre im Umbruch - Neue Lehrmethoden im softwaretechnischen Anteil des

Informatikstudiums, LOG IN, Heft 138/139, S. 48-54, 2006

Schmolitzky, A.: Teaching Inheritance Concepts with Java, Proc. Principles and Practices of Programming in

Java (PPPJ), Mannheim, Germany, pp. 203-207; ACM Press, 2006


AB Softwaretechnik SWT - AGIS

Schmolitzky, A: “Leave out the Modeling when Teaching Object-orientation to Beginners“, Eleventh

Workshop on Pedagogies and Tools for the Teaching and Learning of Object Oriented Concepts, ECOOP

2007, Berlin.

Schmolitzky, A.: “Patterns for Teaching Software in Classroom“, European Conference on Pattern

Languages of Programs (EuroPLoP), Irsee, 2007.

Schmolitzky, A.: “Zur Diskussion gestellt: Sieben Thesen zur erfolgreichen Verwirrung von Anfängern der

objektorientierten Programmierung”, Informatik-Spektrum, Vol. 30:1, 2007.

Schmolitzky, A., Züllighoven, H.: „Einführung in die Softwareentwicklung: Softwaretechnik trotz

Objektorientierung?“ Software Engineering im Unterricht der Hochschulen (SEUH), Stuttgart; dpunkt-

Verlag, 2007.

Späh, C., Schmolitzky, A: “Consuming before Producing as a Helpful Metaphor in Teaching Object-Oriented

Concepts,“ Eleventh Workshop on Pedagogies and Tools for the Teaching and Learning of Object

Oriented Concepts, ECOOP 2007, Berlin.

Schmolitzky, A., Schümmer, T.: “Patterns for Supervising Thesis Projects“, European Conference on Pattern

Languages of Programs (EuroPLoP), Irsee, 2008.

2.3 Konsolidierung und Weiterentwicklung des CommSy

Bleek, Wolf-Gideon, Dr.; Jeenicke, Martti

Laufzeit des Projekts:

Bis 8/2008

Projektbeschreibung:

Das Community System „CommSy“ wird seit 1999 kontinuierlich im Zentrum AGIS entwickelt. Die

Entwicklung wurde von unterschiedlichen organisatorischen Rahmenbedingungen getragen und fußt auf

Forschungsprojekten, freiwilligen studentischen Aktivitäten sowie Lehre- und Forschungs-Projekten von

wissenschaftlichen Mitarbeitern. Der softwaretechnische Schwerpunkt der CommSy-Weiterentwicklung liegt

in der Konsolidierung und systematischen technologischen Weiterentwicklung der Plattform auf einer

aktuellen technischen Basis, die in Forschung und Lehre eingesetzt werden kann. Dabei ist dieses Vorhaben

verbunden mit den Forschungsaktivitäten zur architekturzentrierten Software-Entwicklung, zu agilen

Software-Entwicklungsprozessen und zu Open-Source-Software.

Wichtige Ergebnisse aus dem Projekt sind eine professionelle Entwicklungsumgebung für ein

Entwicklungsteam von ca. 10 Personen sowie eine konsolidierte Architektur für web-basierte Anwendungen.

Die entwickelte Software wird iterativ in aufbauenden Versionen produktiv eingesetzt.

Die aktuelle Version der Software schafft aufgrund ihrer flexiblen Architektur die Möglichkeit für das

CommSy-Projekt, im Rahmen der CampusSource-Aktivitäten (Fernuniversität Hagen) allgemeine

Schnittstellen zu bedienen, um das Werkzeug CommSy in universitären Infrastrukturen einbinden zu können.

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Bleek, W.-G.; Finck, M.: Mythen, Märchen, Missverständnisse, In: Lutterbeck, Bernd; Bärwolff, Matthias;

Gehring, Robert A. (Hrsg.): Open Source Jahrbuch 2006, Zwischen Softwareentwicklung und

Gesellschaftsmodell, pp. 207-218, Lehmanns Media LOB.de, Berlin, 2006

2.4 Component based End User Development (CoEUD)

Gryczan, Guido, Dr.; Meyer, Kai; Rathlev, Jörg; Wende, Sven; Will, Alexander; Zeimer, Matthias;

Züllighoven, Heinz, Prof. Dr.

Laufzeit des Projekts:

bis 6/2009

Projektbeschreibung:

Das Projekt Component based End User Development (CoEUD) untersucht im Rahmen der

Anwendungsorientierung die Fragestellung, wie Anwender ohne Programmierkenntnisse eine Software an

ihre Bedürfnisse anpassen können. Wenn Software durch Endbenutzer anpassbar sein soll, dann muss diese

Eigenschaft bereits in der Entwicklung berücksichtigt werden. Anpassbarkeit wirkt sich nicht lediglich auf

der Ebene der Interaktionskonzepte aus, sondern bestimmt substanziell die grundlegende

Softwarearchitektur. Die Erarbeitung einer solchen Softwarearchitektur gehört ebenfalls zu den Zielen des

CoEUD-Projektes. Das Projekt wird in Kooperation zwischen dem Frauenhofer Institut (FIT), Uni-Hamburg,

C1 WPS, Innoopract sowie weiteren Partnern durchgeführt.

37


AGIS - SWT Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Schlagwörter:

38

Softwarekomponenten; End User Development; Anpassbarkeit; Softwarearchitektur

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Hofer, S.; Wende, S.; Will, A.; Züllighoven, H.: End User Development für Leitstand-Arbeitsplätze:

Beschreibung einer Systemarchitektur, In: Wolf-Gideon Bleek, Jörg Raasch, Heinz Züllighoven (Hrsg.):

Lecture Notes in Informatics (LNI) - Proceedings, Series of the Gesellschaft für Informatik e.V. (GI),

Software Engineering 2007, Hamburg, March 26-30, pp. 131-143, 2007

2.5 Anwendungsorientierte Softwaretechnik für Entwicklungsländer am Beispiel Äthiopien

Floyd, Christiane, Prof. Dr.

Laufzeit des Projekts:

seit 2006

Projektbeschreibung:

Gegenstand der Forschung ist die Frage, wie die in Hamburg gelehrte softwaretechnische Methodik für ein

Entwicklungsland wie Äthiopien nutzbar gemacht werden kann. Dabei müssen die ganz unterschiedlichen

politischen, wirtschaftlichen und kulturellen Bedingungen berücksichtigt werden. Die Klärung dieser Fragen

soll im Austausch mit äthiopischen Experten in Wissenschaft und Praxis erfolgen. Eine besondere Bedeutung

kommt dabei der Kooperation mit Tesfaye Biru von der Universität Addis Abeba zu. Neben kommerziell

genutzten Systemen sind Anwendungen in der Verwaltung, im e-Government sowie in den Bereichen

Ausbildung und Gesundheit von vorrangigem Interesse. Tesfaye Biru hat an der Universität Hamburg ein

Promotionsvorhaben zum Thema Kontextualisierung von Softwareentwicklungsmethoden in Äthiopien mit

Auszeichnung abgeschlossen, das auf qualitativer und quantitativer Forschung beruht und sich u. a. mit der

Relevanz der Hamburger Ansätze für die dortige Software-Praxis befasst. Reflective Steps ist eine

umfassende und tiefgehende Weiterentwicklung von STEPS, die nicht nur die Entwicklung und Wartung von

Software, sondern auch die Einführung und Nutzung von Softwaresystemen in Organisationen, das

Management von Projekten auf Organisationsebene sowie die Entwicklung von Familien verwandter oder

zusammenhängender Softwareanwendungen behandelt und Lern- und Reflexionsprozesse in diesen

Bereichen fördert.

Schlagwörter:

Softwareentwicklung im globalen Kontext, Anpassung von Softwareentwicklungsmethoden,

Entwicklungszusammenarbeit in der Informatik.

Publikationen aus dem Projekt

Floyd, C., Software Engineering in Äthiopien, In: FIfF-Kommunikation 4/2007, S.24-28, 2007

Biru, T., Reflective Steps: A Collaborative Learning Oriented Approach to Software Development and

Process Improvement, Dissertation am Department Informatik, Universität Hamburg, 2008

2.6 Komplexität von Softwarearchitekturen

Lilienthal, Carola, Dr.

Laufzeit des Projektes:

04/2004 bis 02/2008

Projektbeschreibung:

In diesem Projekt wird untersucht, was Architekturkomplexität ist und wie sie in Softwareprojekten

gemildert werden kann. Um Architekturkomplexität greifbar zu machen, werden Grundsätze aus der

kognitiven Psychologie herangezogen, die beschreiben, wie Menschen mit komplexen Strukturen umgehen.

Dabei wird deutlich, wie objektorientierte Programmiersprachen und Architekturstile diese Grundsätze

berücksichtigen und wo Lücken zu erkennen sind. In vierundzwanzig Fallstudien werden Softwaresystemen

aus Industrie und Wissenschaft mit dem Analysewerkzeug Sotograph untersuchen und zusätzlich Interviews

durchgeführt, um weitere Fragen zu klären. Die Ergebnisse zeigen das weite Spektrum der heute in

Softwarearchitekturen vorhandenen Komplexität und lassen ihre Ursachen sichtbar werden.

Parallel zu den Fallstudien wird ein Modell für Architekturkomplexität entwickelt, anhand dessen sich die

Ergebnisse aus den Architekturanalysen und Interviews interpretiert lassen. Um die Ergebnisse konstruktiv

nutzbar zu machen, werden drei Stadien der architekturzentrierten Softwareentwicklung entwickelt,

Strategien zur Reduktion von Architekturkomplexität beschrieben und ein Leitfaden vorgestellt, wie die


AB Softwaretechnik SWT - AGIS

Strategien in den drei Stadien der architekturzentrierten Softwareentwicklung geplant und eingesetzt werden

sollten.

Schlagwörter:

Softwarearchitektur; Softwarelebenszyklus; Softwareentwicklung; Analyse, Statische; Komplexität,

Kognitive; Komplexität; Reverse Engineering

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Becker-Pechau, P.; Karstens, B.; Lilienthal, C.: Automatisierte Softwareüberprüfung auf der Basis von

Architekturregeln, Biel, B.; Book, M.; Gruhn, V. (Hers.): Lecture Notes in Informatics (LNI) -

Proceedings, Series of the Gesellschaft für Informatik (GI), SE 2006, Bonn, S. 27-38, 2006

Lilienthal, C.: Architekturstile in der Praxis, in Informatik 2007, Informatik trifft Logistik, (Bremen,

Germany, 2007), Lecture Notes in Informatics (LNI), P-109, S. 320-325., 2007

Lilienthal, C.: Komplexität von Softwarearchitekturen, Stile und Strategien, Dissertation an der Universität

Hamburg, http://www.sub.uni-hamburg.de/opus/volltexte/2008/3725/, 2008

2.7 Beschreibung und Prüfung von Softwarearchitekturen

Becker-Pechau, Petra

Laufzeit des Projektes:

seit 4/2005

Projektbeschreibung:

Dieses Projekt untersucht die Frage, wie sich Architekturzerfall bei evolvierenden Softwarearchitekturen

aufdecken lässt. Dabei konzentriert sich das Projekt auf Architekturvorgaben in Form von Architekturstilen.

Der in dem Projekt entwickelte Ansatz der stilbasierten Software-Reflexionsmodelle erlaubt es, die Ist-

Architektur aus bestehenden Softwaresystemen zu extrahieren und daraufhin zu überprüfen, inwiefern die

Vorgaben eines gewählten Architekturstils eingehalten werden. Als Machbarkeitsnachweis wurde im

Rahmen des Projektes ein Prototyp als Eclipse IDE-Plugin entwickelt, mit dem bereits verschiedene

Softwaresysteme erfolgreich geprüft wurden. Darüber hinaus ermöglicht der Prototyp den Entwicklern,

bereits während der Programmierung die Softwarearchitektur gezielt wahrzunehmen (Stichwort: Architecture

Awareness).

Schlagwörter:

Softwarearchitektur; Architekturprüfung; Analyse, statisch; Softwareentwicklung, evolutionär; Architecture

Awareness, Reverse Engineering

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Becker-Pechau, Petra; Bennicke, Marcel, Concepts of Modeling Architectural Module Views for Compliance

Checks Based on Architectural Styles, In: J. Smith (ed): proceedings of the 11th IASTED International

Conference on Software Engineering and Applications (SEA 2007), Acta Press, Cambridge, MA, USA,

2007

Becker-Pechau, P.; Karstens, B.; Lilienthal, C., Automatisierte Softwareüberprüfung auf der Basis von

Architekturregeln, Biel, B.; Book, M.; Gruhn, V. (Hers.): Lecture Notes in Informatics (LNI) -

Proceedings, Series of the Gesellschaft für Informatik (GI), SE 2006, Bonn, S. 27-38, 2006

2.8 Modellierung von Anwendungslandschaften und Geschäftsprozessen

Hofer, Stefan; Züllighoven, Heinz, Prof. Dr.

Projektbeschreibung:

Technische und fachliche Darstellungsformen der unterschiedlichen Aspekte von individuellen

Softwarearchitekturen sind immer noch eine Herausforderung für die Softwaretechnik. Die Erweiterung des

Fokus von einzelnen Systemen auf ganze Anwendungslandschaften bringt zusätzliche Anforderungen

besonders an Darstellungsformen von Architekturen, die anwendungsorientierte, fachliche Aspekte

berücksichtigen.

Das zentrale Problemfeld bei der Modellierung von Anwendungslandschaften spannt sich daher entlang

folgender Fragen auf:

– Wie stellt man sehr große Anwendungslandschaften dar, so dass sie Gegenstand eines von allen

Beteiligten gestalteten Veränderungsprozesses sein können?

39


AGIS - SWT Jahresbericht 2008Informatik UniHH

40

– Wie lassen sich die statischen Aspekte einer Anwendungslandschaft mit den dynamischen Aspekten

der Arbeits- und Geschäftsprozesse zusammenbringen?

Im Rahmen des Forschungsvorhaben soll u.a. in einer Promotion erforscht werden, wie solche Fragen

konzeptionell und werkzeuggestützt beantwortet werden können.

Schlagwörter:

Anwendungslandschaften; Geschäftsprozessmodellierung; Softwarearchitektur; Modellierung

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Breitling, H.; Kornstädt, A.; Sauer, J.: Design Rationale in Exemplary Business Process Modeling, In:

Dutoit, A.H.; McCall, R.; Mistrik, I.; Paech, B. (Eds.): Rationale Management in Software Engineering,

Springer-Verlag, Heidelberg, S. 191-208, 2006

Drittmittelprojekte

2.9 XFEL: Softwareentwicklung für das Utility-Kontrollsystem für den XFEL

Gryczan, Guido, Dr.; Meyer, Kai; Rathlev, Jörg; Wende, Sven; Will, Alexander; Zeimer, Matthias;

Züllighoven, Heinz, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

von 09/2006 bis 10/2009

Projektbeschreibung:

Im Rahmen der Vereinbarung zwischen DESY und der Universität Hamburg arbeiten DESY und der

Fachbereich Informatik der Universität Hamburg auf dem Gebiet der Softwareentwicklung für das Utility-

Kontrollsystem für den XFEL bei DESY zusammen. Die praktischen Arbeiten umfassen die Entwicklung

und Implementierung einer Benutzungsoberfläche für die Bedienung des Kontrollsystems für Kälte-

Kontrollen und Utility-Kontrollen bei DESY. Gegenstand der Forschung sind unter anderem die Entwicklung

einer geeigneten Referenzarchitektur für komponentenbasierte Leitstand-Software, die Entwicklung und

Evaluation von Entwurfskriterien und Entwurfsrichtlinien für Softwarekomponenten sowie die Frage, durch

welche Vorgehensweisen und Werkzeuge Entwickler im Umgang mit komponentenorientierten

Architekturen unterstützt werden können.

Die Projektarbeiten finden in Kooperation mit dem CoEUD-Projekt (siehe 2.4) statt. So wird z.B. das

Benutzungsmodell für die Bedienoberfläche im CoEUD-Projekt entwickelt und aus den entsprechenden

Forschungsmitteln abgedeckt; im Gegenzug wird die Nutzung der Ergebnisse im CoEUD-Projekt vereinbart.

Die Koordination zwischen diesen Arbeiten und dem CoEUD Projekt erfolgt über HITEC e.V.

Schlagwörter:

Softwarekomponenten; Softwarearchitektur

Publikationen aus dem Projekt

Hofer, S.; Wende, S.; Will, A.; Züllighoven, H.: End User Development für Leitstand-Arbeitsplätze:

Beschreibung einer Systemarchitektur, In: Wolf-Gideon Bleek, Jörg Raasch, Heinz Züllighoven (Hrsg.):

Lecture Notes in Informatics (LNI) - Proceedings, Series of the Gesellschaft für Informatik e.V. (GI),

Software Engineering 2007, Hamburg, March 26-30, pp. 131-143, 2007

Rathlev, J.: Plug-ins: an Architectural Style for Component Software, In: Ralf Reussner, Clemens Szyperski,

Wolfgang Weck (Hrsg.): Proceedings of the thirteenth International Workshop on Component-Oriented

Programming (WCOP 2008), October 13th, 2008, Karlsruhe, Germany, 2008

Finanzierung:

Geldgeber: DESY, Hamburg

Laufzeit der Förderung: von 9/2006 bis 10/2009

Sachmittel: € 74.400

Personalmittel: ½ BAT IIa für 3 Jahre

3. Publikationen und weitere Leistungen

Wissenschaftliche Publikationen im Berichtszeitraum

Bendoukha, L.: An Ontological Framework for Modeling Complex Cooperation Contexts in Organizations,

In: Frontiers in Artificial Intelligence and Applications, IOS Press Ohmsha, Information Modelling and


AB Softwaretechnik SWT - AGIS

Knowledge Bases XIX, edited by Hannu Jaakkola, Yasushi Kiyoki and Takehiro Tokuda, Volume 166,

pp. 379–383, Amsterdam, 2008

Hofer, S.: Position Paper for the OOPSLA 2008 Workshop on: Challenges: Agile Values Meet Different

Value Systems, OOPSLA 2008 - 23rd ACM SIGPLAN Conference on Object Oriented Programming

Systems Languages and Applications, 2 Seiten, 2008

Lilienthal, C.: Komplexität von Softwarearchitekturen - Stile und Strategien, Dissertation, elektronische

Veröffentlichung bei der Staats- und Universitätsbibliothek Hamburg, 16.07.2008, http://www.sub.unihamburg.de/opus/volltexte/2008/3725/,

242 Seiten, 2008

Pechau, J.; Becker-Pechau, P.: Challenges: Agile Values Meet Different Value Systems, In: Companion To

the 23rd ACM SIGPLAN Conference on Object Oriented Programming Systems Languages and

Applications. ACM, New York, NY, 843-846., 2008

Rathlev, J.: Plug-ins: an Architectural Style for Component Software, In: Ralf Reussner, Clemens Szyperski,

Wolfgang Weck (Hrsg.): Proceedings of the thirteenth International Workshop on Component-Oriented

Programming (WCOP 2008), Technical report 2008-12, Universität Karlsruhe, Fakultät für Informatik, S.

5-9, 2008

Sauer, J.: Enabling Agile Offshoring with the Dual-Shore Model, In: Walid Maalej, Bernd Bruegge (Hrsg.):

Software Engineering 2008 - Workshopband, Fachtagung des GI-Fachbereichs Softwaretechnik. Lecture

Notes in Informatics, GI, Vol 122, Bonn, S. 35–42, 2008

Sauer, J., Position Paper for the OOPSLA 2008 Workshop on: Challenges: Agile Values Meet Different

Value Systems, OOPSLA 2008 - 23rd ACM SIGPLAN Conference on Object Oriented Programming

Systems Languages and Applications, 2 Seiten, 2008

Schmolitzky, A., Schümmer, T.: Patterns for Supervising Thesis Projects, European Conference on Pattern

Languages of Programs (EuroPLoP) 2008, Irsee Monastery, Germany, 18 Seiten, 2008

Wissenschaftliche Vorträge

Becker-Pechau, Petra; Lilienthal, Carola:

19.02.2008, Tutorium: Architekturprüfung in der Praxis, SE 2008, München

Floyd, Christiane:

14.02.2008, Architecture-Centric Software Engineering, Architekturworkshop, Universität Hamburg

27.03.2008, The PhD Program at AAU – a Vision Becoming Reality, International Workshop on

Launching the Information Systems Track of the PhD Program, Addis Ababa University

12.08.2008, Rational – real – imaginär: die Wurzeln des Zahlensystems, Vortragsreihe MeerWissen,

Bregenz

10.09.2008, Operational (Re-)Construction as Thinking Style, Third International Conference of the

European Society for the History of Science, Wien

Rathlev, Jörg:

15.02.2008, Architectural problems and their effects on maintainability, Architekturworkshop, Universität

Hamburg

Schmolitzky, Axel:

15.02.2008, Educating Software Architects – What, When, How?, Architekturworkshop, Universität

Hamburg

03.04.2008, Greenfoot, Tag der niedersächsischen Informatiklehrerinnen und -lehrer, TU Braunschweig

Züllighoven, Heinz; von Schirach, Christian:

13.11.2008, Unternehmens- und IT-Prozesse gemeinsam gestalten, 10. WAM-Workshop, Hamburg

4. Wichtige weitere Aktivitäten

Mitarbeit in wissenschaftlichen außeruniversitären Gremien

Züllighoven, Heinz:

Stellv. Vorsitzender der Fachgruppe Softwaretechnik des Fachbereichs SWT der GI

Mitarbeit in universitären Gremien

Bleek, Wolf-Gideon:

Vorsitzender, IKT-Ausschuss

Mitglied, Wirtschaftsauschuss

Mitglied, Studiengebührenkommission

Floyd, Christiane:

Mitglied des Promotionsausschusses des Departments für Informatik

Mitglied der Gemeinsamen Kommission für das Zentrum für Naturwissenschaftliche Friedensforschung

Gleichstellungsbeauftragte in der Berufungskommission W3 „Informatik, insbesondere Wissenstechnologie

und –management“

41


AGIS - SWT Jahresbericht 2008Informatik UniHH

42

Rathlev, Jörg:

Mitglied der Berufungskommission W3 Softwaretechnik

Schmolitzky, Axel:

Mittelbauvertreter, Promotionsausschuss Informatik

Mittelbauvertreter, Studienkommission Informatik

Mittelbauvertreter, Arbeitsgruppe Qualitätsmanagement Informatik

Mittelbauvertreter, Studiengebührenkommission Informatik (seit 11/2008)

Züllighoven, Heinz:

Stellv. Vorsitzender der Berufungskommission W3 Softwaretechnik

Vorsitzender des Prüfungsausschusses Wirtschaftsinformatik (Diplomstudiengang)

Stellv. Vorsitzender des Prüfungsausschusses Wirtschaftsinformatik (Bachelor-Studiengang)

Stellv. Vorsitzender des gemeinsamen Ausschusses Wirtschaftsinformatik

Mitglied des erweiterten Department-Vorstands

Begutachtungstätigkeit

Floyd, Christiane:

Gutachterin für die VolkswagenStiftung

Schmolitzky, Axel:

Mitglied, Programmkomitee Software Engineering im Unterricht der Hochschulen (SEUH) 2009

Züllighoven, Heinz:

Gutachter, Berufungsverfahren "Softwarearchitekturen", Universität Wien

Mitglied, Programmkomitee Engineering of Computer Based Systems (ECBS) 2008

Mitglied, Programmkomitee Engineering of Computer Based Systems (ECBS) 2009

Mitglied, Programmkomitee Software Engineering 2008

Mitglied, Programmkomitee Software Engineering 2009

Mitglied, Programmkomitee Software Engineering im Unterricht der Hochschulen (SEUH) 2009

Mitglied, Programmkomitee International Symposium on End User Development (IS-EUD) 2009

Mitglied, Programmkomitee Modellierung 2008

Gutachter, Journal of Enterprise Information Management (JEIM)

Kongressorganisation/-ausrichtung durch Mitglieder der Departmenteinrichtung

Bleek, Wolf-Gideon; Floyd, Christiane; Lilienthal, Carola:

Workshop on Current Trends in Software Architecture, Universität Hamburg, Februar 2008

Gryczan, Guido; Züllighoven, Heinz:

OO-DACH 2008, Universität Hamburg, September 2008

Sonstige Aktivitäten

Schmolitzky, Axel:

Universität Hamburg, Workshop „Greenfoot“ auf dem Girls’ Day, April 2008

5. Hochschulberatung an der Universität Addis Abeba

Floyd, Christiane

Im Zusammenhang mit dem Forschungsschwerpunkt 2.5 „Anwendungsorientierte Softwaretechnik für

Entwicklungsländer am Beispiel Äthiopien“ wurde im Juli 2006 eine internationales Netzwerk INJERA-IT

(International Network Joining Ethiopia in Research and Application) ins Leben gerufen, das die

Zusammenarbeit mit Äthiopien auf dem Gebiet der anwendungsnahen Informatik fördern soll. Dies hat

maßgeblich dazu beigetragen, dass die AAU unter Federführung von Tesfaye Biru einen

Promotionsstudiengang im Bereich Information and Communication Technologies aufgebaut hat.

Das Promotionsstudium umfasst sechs Richtungen: Software Engineering, Information Systems, Information

Retrieval, Natural Language Processing, Information Processing Networks und Wireless Communication

Systems. Das Zustandekommen des Promotionsstudiengangs hängt entscheidend von internationaler

Beteiligung beim Aufbau des Curriculums, bei der Lehre, der Förderung einer Forschungskultur sowie der

(Mit-)Betreuung von Dissertationsvorhaben ab. Dabei kommt dem INJERA-IT Netzwerk eine hervorragende

Rolle zu.

Christiane Floyd ist seit Juli 2007 Hochschulberaterin an der AAU im Rahmen des Hochschulberatungsprogramms

des DAAD. Die Förderung umfasst:

• vier Beratungsbesuche an der AAU im Zeitraum von September 2007 bis September 2009, dabei

trägt der DAAD die Reisekosten, die AAU die Aufenthaltskosten,

• ein Kurzzeitstipendium nach Deutschland für drei WissenschaftlerInnen der AAU für drei Wochen,

• Sachmittelkosten im Umfang von €3500,- sowie einen Sachmittelzuschuss bis zu €2500,-.

Die Beratung dient der Durchführung von Aufgaben auf verschiedenen Ebenen (aus dem Antrag zitiert):


AB Softwaretechnik SWT - AGIS

• to coordinate cooperation efforts in and around software engineering, as already initiated in

Hamburg, Berlin and Linz, and seek to initiate further cooperation;

• to help expand the cooperation between Ethiopian and German universities so as to eventually

cover all research groups of the PhD program;

• Giving feedback so as to enhance the PhD curriculum and its implementation;

• Helping to establish structures to implement the PhD program and to ensure quality;

• Contributing to the PhD program in my area of specialization, Software Engineering;

• Offering seminars on special topics to faculty and post-graduate students;

• Acting as an adviser to Ethiopian faculty members supervising PhD students;

• Providing guidance as a co-adviser for PhD students.

Der erste Beratungsbesuch erfolgte im September / Oktober 2007 und diente der Unterstützung beim Aufbau

des gesamten Studienprogramms, das zu dieser Zeit gegründet wurde.

Im Berichtszeitraum wurden die Kernveranstaltungen des Software-Engineering Curriculums aufgebaut und

für die Studierenden des ersten Jahrgangs teilweise durchgeführt.

Vom 25.1. bis 16.2. waren drei äthiopische Gäste – Dr. Worku Alemu, Dr. Rahel Bekele und Ms. Ethiopia

Tadesse – mit einem Kurzzeitstipendium des DAAD an der Universität Hamburg, um die hier gelehrten

Ansätze kennen zu lernen und ein Projektstudium vorzubereiten. In diese Vorbereitungszeit war auch ein

Workshop über Current Trends in Software Architecture mit internationaler Beteiligung integriert.

Außerdem fanden im Jahre 2008 zwei weitere Beratungsbesuche statt:

• Während des zweiten Beratungsbesuchs vom 1.-30. März 2008 wurde die Lehrveranstaltung

Software Design and Management durchgeführt. Außerdem fand in diesem Zeitraum ein

Internationaler Workshop zur Gründung des PhD-Progamms in Information Systems statt.

• Der dritte Beratungsbesuch fand vom 13.10. bis 22.11. statt. In diesem Zeitraum wurden zwei Kurse

Advanced Seminar in SE I sowie Research Methodology and Ethics veranstaltet. Ferner wurden die

Studierenden bei der Erarbeitung ihrer Research Proposals beraten. Am 17.1.0. erfolgte außerdem

die Disputation von Tesfaye Biru in Form einer Videokonferenz zwischen dem Civil Service

College in Addis Abeba und dem Department Informatik der Universität Hamburg.

Der vierte Beratungsbesuch ist für März 2009 geplant.

43


AGIS - SWT Jahresbericht 2008Informatik UniHH

44


AB Kognitive Systeme KOGS - ISR

Arbeitsbereich

Kognitive Systeme (KOGS)

und Labor für Künstliche Intelligenz (LKI)

Vogt-Kölln-Str. 30, Haus R, 22527 Hamburg, Tel.: +49 40 428 83-2450, Fax: +49 40 428 83-2572

http://kogs-www.informatik.uni-hamburg.de und http://lki-www.informatik.uni-hamburg.de

1. Zusammenfassende Darstellung

Mitglieder der Departmenteinrichtung:

ProfessorInnen:

Ph.D. Bernd Neumann, Dr. Leonie Dreschler-Fischer, Dr.-Ing. H. Siegfried Stiehl (Vizepräsident der

Universität Hamburg)

VertretungsprofessorInnen:

Dr. Peer Stelldinger

AssistenInnen/Wiss. MitarbeiterInnen:

Dipl.-Inform. Wilfried Bohlken (ab 4/2008), Dr. Andreas Günter (Leiter des LKI), Dipl.-Inform. Johannes

Hartz, Dipl.-Inform. Rainer Herzog (ab 4/2008), Dipl.-Inform. Arne Kreutzmann (ab 4/2008), Dr. Hans

Meine, Dipl.-Inform. Benjamin Seppke, Dipl.-Inform. Leonid Tcherniavski, M.Sc. Kasim Terzić

Technisches und Verwaltungspersonal:

Gäste:

Dieter Jessen, Heidi Oskarsson

Michal Huflejt (MedSet, Hamburg)

Shubhlata Vashist

Roberto Fraile (Universität Leeds)

Allgemeiner Überblick

Der Arbeitsbereich Kognitive Systeme (AB KOGS) besteht seit Beginn der Informatik an der Universität

Hamburg im Jahre 1971. Zu seinem ursprünglichen Arbeitsschwerpunkt in der Bildverarbeitung sind im

Laufe der Jahre weitere Arbeitsschwerpunkte aus der Künstlichen Intelligenz hinzugetreten. Die

universitären Stellen des Arbeitsbereichs (im Berichtszeitraum 3 Professuren, 1 wissenschaftlicher

Mitarbeiter, 1 Techniker, 1 fremdsprachliche Angestellte) decken nur einen Teil der Aktivitäten ab; ein

größerer Teil wird durch Drittmittelprojekte finanziert.

Das wissenschaftliche Programm des Arbeitsbereichs zielt darauf ab, den Bogen von theoretischen

Grundlagen bis hin zu Anwendungsentwicklungen zu spannen. Dazu besteht eine enge Zusammenarbeit mit

dem Labor für Künstliche Intelligenz (LKI) des Fachbereiches Informatik.

Das LKI ist ein 1988 gegründetes Kompetenzzentrum für Anwendungen der Künstlichen Intelligenz. Mit

dem Ziel des Technologietransfers bietet das LKI Forschung und Entwicklung in Kooperation mit

Unternehmen sowie Ausbildung und Beratung für zahlreiche Einsatzfelder an. Das LKI greift dabei auf

langjährige Erfahrungen mit industriellen Anwendungen sowie erfolgreiche Forschungen in einem breiten

Methodenspektrum zurück, u.a. Modellierung und Simulation technischer Anlagen, rechnergestützte

Diagnose und Konfigurierung, Falldatenauswertung, Informations- und Wissensmanagement, Zeichnungsanalyse

und Bildverarbeitung. Die Arbeiten finden in Kooperation mit dem Projektbereich "Intelligente

Systeme" des Hamburger Informatik Technologie-Centers HITeC statt, und einige der Projekte werden auch

über HITeC abgewickelt.

Forschungsschwerpunkte

Die Forschungsschwerpunkte des Arbeitsbereichs liegen im wesentlichen im Gebiet Künstliche Intelligenz,

einem Teilgebiet der Informatik. Sie besitzen interdisziplinäre Bezüge zur Mathematik, zur Kognitionswissenschaft,

zur Neuroinformatik, zu verschiedenen Ingenieurwissenschaften, zur Medizin sowie einer

Vielzahl von Anwendungsgebieten.

45


ISR - KOGS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

46

Ein wesentlicher Teil der Arbeiten ist dem Gebiet Bildverstehen zuzuordnen, insbesondere der Primären

Bildanalyse, der Höheren Bilddeutung, der medizinischen Bildanalyse und der Luftbildauswertung. Die Primäre

Bildanalyse umfasst diverse Einzelthemen, z.B. Detektion von markanten Punkten, Multiskalenverfahren

bei der Kantenbestimmung, Segmentierung, Bewegungsanalyse sowie Arbeiten zu systematischen

algorithmischen Realisierungen und Validierungen. Es werden auch Neuronale Netze als

Verarbeitungsmodelle untersucht. Als konkrete Untersuchungsgegenstände werden Ansichten der natürlichen

Umwelt sowie medizinisches Bildmaterial und auch historische Manuskripte sowie dreidimensionale

Oberflächenmodelle verwendet.

In der Höheren Bilddeutung befasst sich der Arbeitsbereich mit der wissensbasierten Interpretation von

komplexen statischen und zeitveränderlichen Szenen, z.B. im Kontext von Smart-Room-Anwendungen oder

Monitoring-Aufgaben in der natürlichen Umwelt. Untersuchungsschwerpunkte sind die Repräsentation

räumlich-zeitlicher Zusammenhänge mit Methoden der formalen Wissensrepräsentation, probabilistische

Techniken zur Szeneninterpretation und Verfahren zur erwartungsgesteuerten Bildanalyse.

Weitere Schwerpunkte sind sowohl Methoden der Visualisierung, sowohl bei der Programmierung als auch

zur Gestaltung von Benutzungsschnittstellen, als auch Geometrieverarbeitung.

Arbeiten zu Grundlagen der Wissensrepräsentation befassen sich vorwiegend mit zeitlichen und räumlichen

Repräsentationsformalismen, insbesondere mit Beschreibungslogiken. Dabei geht es sowohl um die

theoretische Fundierung von Inferenzdiensten als auch ihre effiziente Implementierung.

Die Forschungsschwerpunkte des LKI wurden im Berichtszeitraum im wesentlichen beibehalten. Es sind dies

wissensbasierte Unterstützungssysteme für zahlreiche Anwendungsgebiete, insbesondere:

• Diagnose und Störfallbehandlung

• Konfigurierung und Konstruktion

• Zeichnungsinterpretation

• Bildauswertung

• Semantic-Web-Anwendungen

• Wissensmanagement

Wissenschaftliche Zusammenarbeit

Industrie und industrienahe Forschungseinrichtungen in Deutschland

• Beiersdorf AG, Hamburg

• C/S Enformasyon Teknolojileri Limited Sirketi, Ankara, Türkei

• Daimler-Benz AG, Stuttgart

• evotec technologies

• EyeC GmbH, Hamburg

• Gimmahot, Hamburg

• MAZ Level One, Hamburg

• MedSet Medizintechnik GmbH, Hamburg

• Philips Forschungslaboratorien, Hamburg

• PRO DV Software AG, Dortmund

• ServiceXpert GmbH, Hamburg

• Siemens AG, Erlangen

• UAB Algoritmu Sistemos, Vilnius, Lettland

Universitäten und Technische Hochschulen in Deutschland

• Asien-Afrika-Institut, Universität Hamburg

• Arbeitsgruppe CENSIS, Dept. Physik, Universität Hamburg

• Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung e.V., München

Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg

• Institut für Angewandte Dept. Physik, Universität Hamburg

• II. Institut für Experimentalphysik, Dept. Physik, Universität Hamburg

• Institut für Friedensforschung und Sicherheitspolitik (IFSH), Hamburg

• Institut für Informatik, TU München

• Institut für Photogrammetrie, Universität Bonn

• Institut für Sprachen und Kulturen des Vorderen Orients, Friedrich-Schiller-Universität Jena

• Institut für Stadt-, Regional- und Umweltplanung, TU Hamburg-Harburg

• Interdisciplinary Nanoscience Center Hamburg (INCH)

• Meteorologisches Institut, Universität Hamburg


AB Kognitive Systeme KOGS - ISR

• Neuroimaging Center UKE, Universität Hamburg

Universität Koblenz-Landau

Kooperationspartner im Ausland

• Akka Technologies, Toulouse

• Center for Machine Perception, Uni Prag

• Centrum för Bildanalysis, Uppsala University, Schweden

• CIS Department, Temple University, Philadelphia, USA

• Computational Vision Group, Uni Reading

• Department of Electronic and Electrical Engineering, Imperial College London, UK

• Heriot-Watt University, Edinburgh, Grossbritannien

• Infovide Spolka Akcyjna, Warschau, Polen

• INRIA, Sophia AntipolisToulouse Blagnac Airport

• Knowledge Representation and Reasoning, Uni Leeds

• Kung. Tekniska Högskolan Stockholm, Schweden

• Latvijas Universitates Matematikas un Informatikas Instituts, Riga, Litauen

• Politechnika Warszawska, Warschau, Polen

• Rijksuniversiteit Groningen, Niederlande

• School of Computing, Leeds University, UK

• Technische Universität Wien, Österreich

Ausstattung

17 PC , 5 Notebook, 3 Apple Workstation/imac, 3 Powerbook, 4 Drucker und ein Großformatdrucker, 1

Canon Eos Digitalkamera

2. Die Forschungsvorhaben der Departmenteinrichtung

2.1 Etatisierte Projekte

2.1.1 Wissensbasierte Bilddeutung

Neumann, Bernd, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

bis 09/2008

Projektbeschreibung:

Zentrales Thema des Projektes ist die Erforschung des Grenzbereichs zwischen Bildverstehen und

Wissensrepräsentation: Wie können Erfahrungen und Alltagswissen zur Deutung von Szenen ausgenutzt

werden? Auf der Seite der Wissensrepräsentation geht es um die fundierte Repräsentation von räumlichzeitlichen

Zusammenhängen zwischen mehreren Objekten, z.B. in alltäglichen Handlungen. Dazu wird ein

breites Spektrum von Repräsentationsformalismen von Beschreibungslogiken bis hin zu probabilistischen

Modellen untersucht. Auf der Seite der Bildverarbeitung geht es im wesentlichen um Methoden der

hypothetischen Szeneninterpretation unter Ausnutzung von Kontext und Vorwissen, nach dem Motto "Vision

is controlled halluzination" (Clowes 1972). Es werden auch Möglichkeiten der top-down Steuerung von

Bildanalyseverfahren untersucht sowie grundsätzliche Fragen bei der Gestaltung der Schnittstelle zwischen

Signal- und Symbolverarbeitung.

Im Berichtszeitraum wurde ein probabilistisches Präferenzmaß zur Unterstützung der logikbasierten

Szeneninterpretation weiterentwickelt. Es stützt sich auf ein Bayes Netz, dessen Struktur mit der

Aggregatestruktur der konzeptuellen Wissensbasis korrespondiert. In einer Diplomarbeit (Feng Wang) wurde

ein darauf basierendes Inferenzsystem für Gauss-Verteilungen implementiert. Weitere Arbeiten zur

wissensbasierten Bilddeutung fanden im Kontext des EU-Projektes eTRIMS statt (s. 2.2.1).

Schlagwörter:

Wissensbasierte Bilddeutung; Höhere Bilddeutung; Szeneninterpretation, Probabilistische Inferenzen

47


ISR - KOGS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

48

Möller, R.; Neumann, B.: Ontology-Based Reasoning Techniques for Multimedia Interpretation and

Retrieval. In: Y. Kompatsiaris, P. Hobson (Eds.): Semantic Multimedia and Ontologies: Theory and

Applications, Springer 2008, 55-98

Neumann, B.; Möller, R.: On Scene Interpretation with Description Logics, in: Cognitive Vision Systems,

H.-H. Nagel und H. Christensen (Hrsg.), Springer, LNCS 3948, 2006, 247-275

Terzic, K.; Hotz, L.; Neumann, B.: Division of Work During Behaviour Recognition - The SCENIC

Approach. Workshop on Behaviour Monitoring and Interpretation BMI-07, KI-07, 2007

2.1.2 Einfluss des Digitalisierungsprozesses auf geometrische und topologische Bildinformationen

Stelldinger, Peer, Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit 7/2003

Projektbeschreibung:

Ein Ziel der Bildverarbeitung ist es, durch Interpretationen von digitalen

Bildern Rückschlüsse auf die reale, kontinuierliche Welt zu ziehen. Dafür

ist wichtig zu wissen, wie sich der Prozess der Bilddigitalisierung auf die

Bildinformationen auswirkt. Der klassische informationstheoretische

Ansatz nach Shannon et al. ist hier aus zwei Gründen unzureichend:

Erstens sind reale Szenen selten bandbegrenzt und zweitens handelt es

sich um eine eindimensionale Theorie, deren Erweiterung auf höhere

Dimensionen spezielle, intrinsisch höherdimensionale Effekte nicht

beachtet. In diesem Projekt untersuchen wir den Einfluss des

Digitalisierungsvorganges auf typisch zwei- und mehrdimensionale Eigenschaften, wie Form und

Ausrichtung. Ziel ist die Erstellung einer Theorie, die erklärt, welche topologischen und geometrischen

Bildeigenschaften unter welchen Umständen bei der Digitalisierung erhalten bleiben.

Vor dem Berichtszeitraum wurden zahlreiche Abtasttheoreme entwickelt, nach denen vor allem im zwei- und

dreidimensionalen Fall verschiedene Klassen von Objektformen mit beliebigen, sogar irregulären

Abtastgittern hinreichender Dichte unter Verwendung unterschiedlicher Digitalisierungsmodelle korrekt

digitalisiert werden können. kann. Die Modelle sind sowohl auf Grauwertbilder als auch auf die Anwendung

verschiedener Weichzeichnungsfilter anwendbar. Diese Ergebnisse wurden auf höherdimensionale Räume

erweitert und mit der Erforschung von oberflächenbasierten Digitalisierungsmodellen zusammengeführt.

Diese basieren auf der Abtastung des Randes von Objekten, statt auf der Abtastung der Objekte selbst. Damit

wurden erste Abtasttheoreme für Volumendatensätze hergeleitet, die mit nichtregulären Objektformen und

verrauschten Abtastpunkten zurechtkommen.

Im Berichtszeitraum wurden die bei der Abtastung auftretenden Fehler quantitativ und qualitativ analysiert.

Des weiteren wurden die Abtasttheoreme bezüglich ihrer Robustheit weiterentwickelt.

Schlagwörter:

Bilddigitalisierung; Abtastung; Abtasttheorem; Formerhalt

Publikationen aus dem Forschungsbereich: .

Köthe, U.; Stelldinger, P.; Meine, H.: Provably Correct Edgel Linking and Subpixel Boundary

Reconstruction, in: K. Franke et al. (Eds.): Pattern Recognition, Proceedings of DAGM 2006, Lecture

Notes in Computer Science 4174, pp. 81-90, Heidelberg: Springer, 2006.

Meine, H.; Köthe, U.; Stelldinger, P.: A Topological Sampling Theorem for Robust Boundary

Reconstruction and Image Segmentation, Discrete Applied Mathematics Journal (DAM), DGCI Special

Issue, 2008

Stelldinger, P.: Image Digitization and its Influence on Shape Properties in Finite Dimensions, in:

Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2007, GI-Edition, Lecture Notes in Informatics, Seiten 291-300,

2008

Stelldinger, P.: Image Digitization and its Influence on Shape Properties in Finite Dimensions, Dissertationen

in Künstlicher Intelligenz, DISKI 312, 2008

Stelldinger, P.; Köthe, U;, Meine, H;: Topologically Correct Image Segmentation Using Alpha Shapes,

University of Hamburg, Department of Computer Science, Technical Report FBI-HH-M-336/06.


AB Kognitive Systeme KOGS - ISR

Stelldinger, P.; Köthe, U.; Meine, H;: Topologically Correct Image Segmentation Using Alpha Shapes, in: A.

Kuba, L.G. Nyul, K. Palagyi (Eds.): Discrete Geometry for Computer Imagery, Proceedings of DGCI

2006, Lecture Notes in Computer Science 4245, pp. 542-554, Heidelberg: Springer, 2006.

Stelldinger, P.; Latecki, L. J.; Siqueira, M.: Topological Equivalence between a 3D Object and the

Reconstruction of its Digital Image, in: IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence (PAMI),

Vol. 29, Issue 1, January 2007

Stelldinger, P.; Terzić, K.: Digitization of Non-regular Shapes in Arbitrary Dimensions, in: Image and Vision

Computing Volume 26, Issue 10, pp. 1338-1346, 1 October 2008

Strand, R.; Stelldinger, P.: Topology Preserving Marching-Cubes-like Algorithms on the Face-Centered

Cubic Grid, in: Proceedings of the 14th International Conference on Image Analysis and Processing,

ICIAP 2007, Los Alamitos: IEEE Conference Publishing Services, 2007.

2.1.3 Nervenfaser-Tracking im Gehirn anhand diffusionsgewichteter MRI-Daten

Stein, Niklas (UKE); Stiehl, H. Siegfried, Prof. Dr.-Ing.; Büchel, Christian, Prof. Dr. med. (UKE)

Laufzeit des Projektes:

7/2006 bis 6/2009

Projektbeschreibung:.

Die Entwicklung von Fiber-Tracking-Verfahren ist ein schnell wachsendes Feld der DTI-MR-Bildanalyse.

Bisherige Fiber-Tracking-Algorithmen, ob deterministisch oder probabilistisch, gestatten keine quantitativen

Wahrscheinlichkeitsaussagen hinsichtlich der Konnektivität von Hirnarealen. Auch bereiten lokale

Diskontinuitäten, hervorgerufen durch Rauschen oder Faserkreuzungen und -verzweigungen

Schwierigkeiten, ein konsistentes Tracking vorzunehmen.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Tracking-Verfahrens, dass unter Verwendung anatomischer a

priori-Information eine a posteriori-Wahrscheinlichkeit für die berechneten Faserverläufe liefert. Hierbei

werden Faserverläufe in Form von analytisch darstellbaren Raumkurvensegmenten, die über die unmittelbare

Nachbarschaft des Ausgangspunktes hinausgehen, hinsichtlich ihrer Plausibilität optimiert, um Robustheit

bei Diskontinuitäten zu bieten. Die Entwicklung des Verfahrens erfolgt dabei unter dem Aspekt, auch für

Diffusionstensoren höherer Ordnung anwendbar zu sein.

Das Projekt erfolgt im Institut für Systemische Neurowissenschaften des Universitätsklinikums Hamburg-

Eppendorf. Die Berücksichtigung medizinischer Aspekte erfolgt durch die Betreuung von Prof. Dr. Christian

Büchel, der dieses Projekt initiiert hat. Die Validierung des Verfahrens soll im Anschluss an einem post

mortem Präparat durch den Neuroanatomen Hubertus Axer in Jena erfolgen.

Schlagwörter:

Fiber Tracking; Diffusionsgewichtete Magnetresonanztomographie, Tensoralgebra höherer Ordnung

2.1.4 Anwendungen wissensbasierter Systeme, Diagnose und Konfigurierung

Günter, Andreas, Dr.; Hotz, Lothar, Dr. (HITeC); Neumann, Bernd, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit 1/1985

Projektbeschreibung:

Der hier verfolgte Ansatz zur Anwendung von wissensbasierten Methoden im Bereich der Diagnose,

Konfigurierung und Modellierung von komplexen technischen Systemen beruht im wesentlichen auf einer

objekt-orientierten Modellierung und Verhaltenssimulation technischer Systeme, wodurch Wiederverwendbarkeit

und Generizität der Verfahren erhöht werden. Arbeiten im Berichtszeitraum zielten vorwiegend

darauf ab, die Ergebnisse der vorangegagenen BMBF-geförderten Verbundvorhaben im Hinblick auf die

Verwendbarkeit in verschiedenen Anwendungsbereichen weiterzuentwickeln. Insbesondere wurden Arbeiten

zur Software-Konfigurierung durchgeführt. Siehe dazu auch 2.2.3.

Schlagworte:

Wissensbasierte Systeme; Konfigurierung; Diagnose

2.1.5 Wissensmanagement

Günter, Andreas, Dr.; Neumann, Bernd, Prof. Dr.

49


ISR - KOGS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Laufzeit des Projektes:

50

1/2001 bis 9/2008

Projektbeschreibung:

Im Themenbereich Wissensmanagement werden Verfahren zum intelligenten Informationszugriff mit dem

Ziel entwickelt, große Mengen schwach strukturierter Informationen (wie sie z.B. das Internet bietet) für

benutzerspezifische Zwecke nutzbar zu machen. Als besonderer Ansatz wird der beispielbasierte Zugriff

entwickelt und angewendet. Der Themenbereich Wissensmanagement spricht darüberhinaus Fragen der

Informationsstrukturierung an, für die vielfältige Methoden aus dem Forschungsgebiet "Künstliche

Intelligenz" vorliegen und anwendungsorientiert genutzt werden können, z.B. die Verwendung von

Begriffssystemen (Ontologien) oder die Entdeckung von Zusammenhängen durch Data-Mining.

Wissensmanagement ist ein interdisziplinäres Forschungsthema, mit dem sich der Arbeitsbereich KOGS

vorwiegend aus der Perspektive der semantischen Beschreibungssprachen, insbesondere der

Beschreibungslogiken befasst. Mit Zielvorstellungen ähnlich dem Semantic Web wird untersucht, wie

Wissensrepräsentationsformalismen zur Erfassung, Pflege und Analyse von Wissen aus

Anwendungsdomänen verwendet werden können.

Schlagwörter:

Wissensmanagement; Ontologien; Semantic Web

2.1.6 Analyse antiker chinesischer Handschriften

Meine, Hans, Dr.; Neumann, Bernd, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

1/2006 bis 1/2008

Projektbeschreibung:

In den letzten Jahrzenten wurden in China zahlreiche gut erhaltene Handschriften

gefunden, die teilweise über 2000 Jahre alt sind und damit einzigartige Einblicke in die

Anfänge der chinesischen Kultur erlauben. Durch die großen Erfahrungen der

europäischen Forschung auf dem Gebiet der wissenschaftlichen Handschriftenanalyse

ergeben sich interessante Kooperationsmöglichkeiten, in denen das Asien-Afrika-Institut

der Universität Hamburg, mit dem wir in diesem Projekt zusammenarbeiten, eine führende

Rolle spielt.

Um zu vermeiden, dass die Deutungen der antiken Schriften durch das moderne Textverständnis verfälscht

werden, soll sich die Analyse auf möglichst objektive Kriterien, wie z.B. individuelle

Handschriftenmerkmale, Zuordnung zu Schreibschulen, Analyse der Schreibreihenfolge etc., stützen. Die

Bildverarbeitung ist ein vorzügliches Mittel, um solche Merkmale aus dem vorliegenden Bildmaterial zu

gewinnen. Es hat sich gezeigt, dass unsere subpixel-genauen Segmentierungsverfahren die Zeichen so genau

extrahieren können, dass aussagekräftige Messungen auch bei nicht-optimaler Bildqualität möglich werden.

Erste Experimente haben z.B. ergeben, dass automatische bzw. halb-automatische Verfahren sehr genau die

zuvor händisch vorgenommenen Messungen (z.B. Strichrichtung) reproduzieren und eine Reihe neuer

Merkmale zugänglich machen, die für eine händische Analyse zu aufwändig wären. Hier erwarten wir in den

nächsten Jahren noch viele interessante Ergebnisse.

Schlagwörter:

Handschriftenerkennung; Segmentierung; Ähnlichkeitssuche; chinesische Schriftzeichen

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Köthe, U.; Meine, H.: Merkmalsextraktion für eine automatische Bildsuche, in: G. Stanke, A. Bienert, J.

Hemsley, V. Cappellini (Eds.): Konferenzband EVA 2006 Berlin, Elektronische Bildverarbeitung und

Kunst, Kultur, Historie, Berlin, 2006, pp. 47-53.

2.1.7 Berechnung der Strömung der Meeresoberfläche anhand von Satellitenbildern

Dreschler-Fischer, Leonie, Prof. Dr.; Seppke, Benjamin

Laufzeit des Projektes:

11/2007 bis 10/2010


AB Kognitive Systeme KOGS - ISR

Projektbeschreibung:

In Zusammenarbeit mit Dr. Martin Gade von dem Zentrum für Marine und

Atmosphärische Wissenschaft (ZMAW) der Universität Hamburg werden in einem

mehrjährigen Projekt neue Verfahren zur Bestimmung der Strömung an der

Meeresoberfläche entwickelt. Ziel ist die Berechnung der tatsächlichen

Oberflächenströmung mit einer Auflösung, die höher ist als die aktueller

Strömungsmodelle.

In der Meereskunde besteht zurzeit ein deutlich gewachsenes Interesse an möglichst

genauen und somit auch hochauflösenden Strömungsmessungen. Aktuelle Strömungsmodelle eignen sich

aufgrund der beschränkten Auflösung oft nicht, um Phänomene zu erklären, die lokal und auf kleinen Skalen

auftreten. Außerdem führt eine höhere Auflösung der Strömungsmessung zu einer Verbesserung der

Vorhersagekraft. Alternative Messungen mit Bojen oder HF-Radar sind hingegen oft zu teuer und räumlich

nur stark beschränkt einsetzbar. Daher wird im Rahmen dieses Projektes die Ermittlung der Meeresströmung

mithilfe von Satellitenbildern untersucht. Die Meereskunde liefert hierfür ausgewählte Satellitendaten,

Wissen über die abgebildete Meeresoberfläche und Modelldaten der Oberflächenströmung.

Es wurden sowohl Verfahren zur Bewegungsdetektion implementiert als auch bestehende Verfahren

verbessert, so dass die Ergebnisse bereits jetzt recht vielversprechend sind. Um die Qualität der Verfahren

aber weiterhin zu erhöhen, soll zunehmend höheres Wissen eingebracht werden. Zudem soll ein einheitliches

Rahmenwerk für die Berechnung der Oberflächenströmung aus Satellitenbildern geschaffen werden.

Schlagwörter:

Bildanalyse; Bewegungsdetektion; Meeresströmung; Meereskunde

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Gade, M.; Fiedler, G.; Dreschler-Fischer, L.: Mesoscale Sea Surface Currents Derived from Multi-Sensor

Satellite Imagery, ENVISAT-Symposium, Montreux, Schweiz. 20082.1.8 Visualisierung und

Bewegungsmessung von stellaren Masern anhand von Radioteleskopmessungen

Dreschler-Fischer, Leonie, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit 01/2005

Projektbeschreibung:

Dieses Projekt wird gemeinsam mit Dr. Dieter Engels von der Hamburger

Sternwarte durchgeführt, der die Messdaten zur Verfügung gestellt hat. In den

abgestoßenen Hüllen von roten Riesensternen finden sich häufig Maser, die

mittels Radioteleskopen beobachtet werden können.Die genaue Beobachtung der

Maser gibt nützliche Hinweise für die bessere Modellierung der

Sternatmosphären und den Materiefluss der Sterne.

Es standen zwei Arten von Messdaten zur Verfügung: Hochauflösende

Radiospekten, in denen die Radialgeschwindigkeiten der Maser über den Dopplereffekt gemessen werden

kann, und wenige, sehr grob aufgelöste Bilder, in denen der Ort der Maser gemessen werden kann. Die

Bewegungsmessung ist aufwendig, da das Korrespondenzproblem bei dieser Art der Daten sehr schwierig ist.

Zum einen ist der zeitliche Abstand der Messungen groß, und zum zweiten können die Maser im Spektrum

nur schwer getrennt werden, wenn sie die gleiche Radialgeschwindigkeit haben.

In der Diplomarbeit von Kay Galba wurde das Korrespondenzproblem zunächst von Hand gelöst und ein

modulares Rahmenwerk in Java zur Visualisierung der Messdaten entwickelt und implementiert und mit

einer Messreihe für den Stern "RX Boo" erprobt.

Hierauf aufbauend wurde ein regelbasiertes Verfahren zum Verfolgen der Maser entwickelt, bei dem

zunächst über eine Ballungsanalye grob die Position und die Anzahl der Maser gefunden wird. Als Startwerte

dienen die Positionen in den vorherigen Messungen. Anschließend werden die Überlagerungen durch eine

Schätzung der Mischdichte aufgelöst und die Maser genauer lokalisiert.

Für das Tracking werden Grenzen an die Radialbeschleunigung und die Änderung der Intensität gelegt. Es

liegen erste, vielversprechende Ergebnisse für eindimensionale Spektren vor. Als nächster Schritt sollen die

Korrespondenzregeln mittels Beschreibungslogik formalisiert und für die 2D-Karten erweitert werden.

51


ISR - KOGS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Schlagwörter:

52

Bildanalyse; Korrespondenzproblem; Tracking

2.2 Drittmittelprojekte

2.2.1 eTraining for Interpreting Images of Man-made Scenes (eTRIMS)

Hartz, Johannes; Hotz, Lothar, Dr. (HITeC); Kreutzmann, Arne; Neumann, Bernd, Prof. Dr.; Terzic, Kasim

Laufzeit des Projektes:

4/2006 bis 9/2009

Projektbeschreibung:

Projektpartner in diesem von der EU geförderten Projekt sind

• Institut für Photogrammetrie, Uni Bonn (Konsortiumsleiter)

• Arbeitsbereich KOGS, Uni Hamburg

• HITeC, Hamburg (für das LKI)

• Department of Electronic and Electrical Engineering, Imperial College London, UK

• Center for Machine Perception, Uni Prag

Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Lernverfahren zur Interpretation von räumlichen Strukturen. z.B.

in Ansichten von Gebäuden oder Luftbildaufnahmen von Städten. Zu den Aufgaben von KOGS gehört die

Untersuchung von fallbasiertem Lernen sowie von hierarchischen probabilistischen Beschreibungsmethoden

zur Unterstützung des Interpretationsprozesses. Hauptaufgabe des LKI ist die Realisierung eines

Interpretationssystems, das mit den in eTRIMS entwickelten Lernverfahren zusammenarbeitet.

Im Berichtszeitraum wurden Verfahren zum fallbasierten Lernen von räumlichen Aggregaten weiter

entwickelt und zur Repräsentation unsicherer Strukturen erweitert (Johannes Hartz). Die Schnittstelle

zwischen Bildanalyse und Bildinterpretation wurde weiter ausgebaut. Evidenz wird von einen durch Lernen

bestimmten Entscheidungsbaum von Evidenzklassen gegliedert (Kasim Terzic). In den Arbeiten des LKI

(Lothar Hotz) ging es um die Realisierung eines "Lernzyklus", bei dem gelernte Modelle von Fassaden und

ihren Bestandteilen automatisch an annotierten Bildern überprüft und korrigiert werden. Zur

probabilistischen Steuerung des Interpretationsprozesses wurde eine Bayes´sche Kompositionelle Hierarchie

konzipiert und implementiert (Arne Kreutzmann).

Schlagwörter:

Wissensbasierte Szeneninterpretation, Lernen räumlicher Strukturen, fallbasiertes Lernen

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Hartz, J.; Neumann, B.: Learning a Knowledge Base of Ontological Concepts for High-Level Scene

Interpretation, in: IEEE Proceedings International Conference on Machine Learning and Applications,

2007 . Erschienen auch als Technical Report FBI-HH-B-277, University of Hamburg 2007

Hotz, L.; Neumann, B.; Terzić, K.: High-level Expectations for Low-level Image Processing. Proc. KI-2008,

Springer, 2008, 87-94

Hotz, L.; Neumann, B.; Terzić, K.; Sochman, J.: Feedback betweeen Low-level and High-level Image

Processing, University of Hamburg, Department of Computer Science, Technical Report FBI-HH-B-

278/07, University of Hamburg 2007

Neumann, B.: Bayesian Compositional Hierarchies - A Probabilistic Structure for Scene Interpretation.

Report FBI-HH-B-282/08, Department of Informatics, University of Hamburg, 2008. Revised (Section

6) Dec. 2008

Terzic, K.; Hotz, L.; Neumann, B.: Division of Work During Behaviour Recognition – The SCENIC

Approach, in: Proceedings of the Workshop on Behaviour Monitoring and Interpretation (BMI-2007,

Osnabrück, September 2007

Finanzierung:

Geldgeber: EU

Personalmittel KOGS: Euro 250.000

Personalmittel LKI/HITeC: Euro 132.000

Gesamtmittel KOGS: Euro 457.700

Gesamtmittel LKI/HITeC. Euro 187.600

Laufzeit: 3 Jahre 6 Monate


AB Kognitive Systeme KOGS - ISR

2.2.2 Automatisierte Analyse und Visualisierung von 5D-Laserrastermikroskopiebildern

Stiehl, H. Siegfried, Prof. Dr.-Ing.; Meine, Hans, Dr.

Laufzeit des Projektes:

12/2007 bis 12/2010

Projektbeschreibung:

Im Rahmen des vom BMBF geförderten nationalen Projekts „5D-IVT zur Bestimmung menschlicher

Hautzustände“ tritt der Arbeitsbereich KOGS als Unterauftragnehmer der Beiersdorf AG (Projektleiter Dr.

Frank Fischer, Abteilung Strukturforschung) in Erscheinung. Die Inhalte des Forschungsauftrags sind u.a.

• Charakterisierung der Abbildungseigenschaften neuartiger bildgebender Verfahren („5D-IVT“).

Insbesondere sind die Bildeigenschaften von (dreidimensionalen) in-vivo-Aufnahmen humaner Haut

von Interesse.

• Klassifikation und Visualisierung der hochdimensionalen Mikroskopiebilder.

Das Projekt baut auf vergangenen Arbeiten und Kooperationen zwischen der Fa. Beiersdorf und der

Universität Hamburg auf.

Schlagwörter:

Bildanalyse in-vivo-Aufnahmen humaner Haut; Laserrastermikroskopie

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Finanzierung:

Geldgeber: Beiersdorf AG (BMBF)

Personalmittel: Euro 60.000 jährlich, zzgl. Mwst.

Laufzeit: 3 Jahre

2.2.3 Requirements-Driven Software Development System (RedSeeDs)

Hotz, L., Dr. (HITeC); Krebs, T. (HITeC); Neumann, B., Prof. Dr.; Wolter, K. (HITeC)

Laufzeit des Projektes:

9/2006 bis 8/2009

Projektbeschreibung:

Projektpartner in diesem von der EU geförderten Projekt sind:

• Infovide Spolka Akcyjna, Warschau, Polen (Konsortiumsleiter)

• Politechnika Warszawska, Warschau, Polen

• HITeC, Hamburg (für das LKI)

Universität Koblenz-Landau

• Latvijas Universitates Matematikas un Informatikas Instituts, Riga, Litauen

• Technische Universität Wien, Österreich

• Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung e.V., München

• UAB Algoritmus Sistemos, Vilnius, Lettland

• C/S Enformasyon Teknolojileri Limited Sirketi, Ankara, Türkei

• Pro DV Software AG, Dortmund

• Heriot-Watt University, Edinburg, Grossbritannien

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines offenen Frameworks, das eine szenario-getriebene

Entwicklungsmethodik (präzise Spezifikationssprache und Vorgehensmodelle für den praktischen Einsatz)

und durchgängige Werkzeugunterstützung für diese Methodik enthält. Grundsätzlich soll dabei fallbasierte

Wiederverwendung eingesetzt werden. Ein wiederverwendbarer Fall besteht aus einer vollständigen Menge

von durch Abbildungen und Transformationen eng verwobenen technischen Software-Artefakten (Modell

und Programmcode), die von den initialen Benutzeranforderungen nahtlos zur ausführbaren Anwendung

führen.

Im Berichtszeitraum wurde ein Ähnlichkeitsmaß entwickelt und realisiert, welches semantische

Ähnlichkeiten mit Hilfe von Ontologien wie z.B. WordNet herstellt. Dazu wurden die

Beschreibungslogiksysteme RACER und Pellet eingesetzt, die Subsumptionsbeziehung vorhandener

Software-Fälle berechnen und so taxonomische Ähnlichkeiten ermittelt.

53


ISR - KOGS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

54

Alle Arbeiten wurden gemeinsam von Lothar Hotz, Thorsten Krebs, Bernd Neumann und Katharina Wolter

geleistet. Das Projekt wird durch HITeC e.V. für das Department Informatik durchgeführt.

Schlagwörter:

Fallbasiertes Konfigurieren, Metamodellierung, Anforderungsmodellierung

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Hotz, L.; Krebs, T.; Wolter, K.: What Can the ConIPF Methodology offer for Requirements-driven Reuseoriented

Software Development? MorSe Workshop, M. Smialek (Hrsg.), Warschau, Polen, 2006

Krebs, T.; Hotz, L.: Requirements-Driven Software Development System (RedSeeDs), A Project Outline,

Workshop Planen und Konfigurieren, PUK ‘06, J. Sauer (Hrsg.), 2006

Krebs, T.; Hotz, L.; Wolter, K.: Requirements-driven Software Development System (ReDSeeDS) - A

Project Outline, in: Künstliche Intelligenz (Schwerpunkt: 20 Jahre Planen und Konfigureiren), Heft

1/2007, Pages: 26-28, BöttcherIT Verlag, 2007

Wolter, K; Hotz, L.; Krebs, T.: Towards Integration of Modelling and Reusing Software Cases, in:

Proceedings of Software and Services Variability Management Workshop - Concepts, Models and Tools

(Helsinki, Finland, April 2007). Editors: Tomi Männistö, Eila Niemelä, Mikko Raatikainen, Pages: 93-98,

ISBN: 951-22-8747-5, Helsinki University of Technology, Software Business and Engineering Institue,

Research Reports, 2007

Wolter, K.; Krebs, T.; Hotz, L.: Determining Similarity of Model-based and Descriptive Requirements by

Combining Different Similarity Measures, 2nd International Workshop on Model Reuse Strategies

(MoRSE08) at the 10th International Conference on Software Reuse (ISCR 2008), 25 - 28 May 2008,

Beijing

Wolter, K.; Krebs, T.; Hotz, L.: Ontology-based Model Comparison, in: GI Softwaretechnik Trends, Band

27, Heft 2, ISSN: 0720-8928, Gesellschaft für Informatik e.V., 2007

Wolter, K.; Krebs, T.; Hotz, L.: Ontology-based Model Comparison, in: Proceedings of Vergleich und

Versionierung von UML-Modellen (VVUM07) - Workshop at Software Engineering, March 2007,

Hamburg, Germany, 2007

Finanzierung:

Geldgeber: EU

Personalmittel HITeC/LKI: Euro 293.500

Gesamtmittel HITeC/LKI: Euro 351.600

Laufzeit: 3 Jahre

2.2.4 Herleitung, Implementation und Validierung beweisbar korrekter Methoden zur Oberflächen- und

Volumenrekonstruktion unter realen Bedingungen (TRAVO)

Stelldinger, Peer, Dr.; Stiehl, H. Siegfried, Prof. Dr.-Ing.; Tcherniavski, Leonid

Laufzeit des Projektes:

11/2007 bis 11/2009

Projektbeschreibung:

Digitale Repräsentationen realer Objekte gewinnen zunehmend in

Anwendungsbereichen wie der Medizin (Computergestützte Chirurgie),

Bioinformatik (Proteinbindungssimulationen), Robotik (Bewegungsplanung) und

Ingenieurwissenschaften (Reverse Engineering) an Bedeutung, bei denen es

insbesondere auf nachweisbare geometrische Genauigkeit und topologische

Korrektheit der Objektrepräsentationen ankommt. Bisherige Ansätze, solche

Garantien aus Volumendatensätzen (Digitalisierung mit dreidimensionalem

Abtastgitter) oder aus Oberflächenabtastungen herzuleiten, haben nur bei

unverrauschten Daten und unverhältnismäßig dichten Abtastungen Erfolg. Hingegen

gibt es Verfahren, die experimentell brauchbare Rekonstruktionen auch bei

verrauschten Daten hervorbringen, ohne dass dafür theoretische Garantien gegeben

werden. Ziel dieses Projektes ist, durch Zusammenführen der beiden bisher getrennt

betrachteten Ansätze der volumenbasierten und der oberflächenbasierten

Rekonstruktion neue Rekonstruktionsmethoden herzuleiten, zu implementieren und

zu validieren, die entsprechende Garantien bei realistischer Rauschstärke und

Abtastdichte geben.


AB Kognitive Systeme KOGS - ISR

Im Berichtszeitraum wurden mehrere robuste Oberflächenrekonstruktions-algorithmen entwickelt,

implementiert und getestet. Diese sind deutlich robuster als vorhergehende Verfahren, lassen sich jedoch

nicht auf adaptive Abtastungen anwenden. Die Entwicklung eines entsprechend robusten adaptiven

Algorithmusses wurde begonnen.

Schlagwörter:

Oberflächenrekonstruktion, Volumenrekonstruktion, Digitalisierung, Topologie

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Stelldinger, P.: Topologically Correct Surface Reconstruction Using Alpha Shapes and Relations to Ball-

Pivoting, ICPR 2008

Stelldinger, P.: Topologically Correct 3D Surface Reconstruction and Segmentation from Noisy Samples, in:

Combinatorial Image Analysis, Proceedings of IWCIA 2008, Lecture Notes in Computer Science 4958,

Seiten 274-285, Heidelberg, Springer, 2008

Tcherniavski, L.; Stelldinger, P.: A Thinning Algorithm for Topologically Correct 3D Surface

Reconstruction, in: Proc. 8th IASTED International Conference on Visualization, Imaging, and Image

Processing, pp. 119-124, 2008

Finanzierung:

Geldgeber: DFG

Personalmittel KOGS: 1 BAT IIa äquiv., 2 stud. Hilfskr. á 40h/Mon.

Sach- und Publikationsmittel: Euro 4.836,--

Laufzeit: 2 Jahre

2.2.5 Automatische semantische Annotation multimodaler Produktbeschreibungen

Haringer, Matthias (HITeC); Hotz, Lothar, Dr. (HITeC); Neumann, Bernd, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

12/2007 bis 08/2008

Projektbeschreibung:

Ziel des Projektes ist die Entwicklung von technologischen Grundlagen für die automatische Verarbeitung

von handelsüblichen Produktbeschreibungen im Kontext von eCommerce-Anwendungen. Dabei geht es zum

einen um die automatische Zuordnung von Produktbeschreibungen zu Produktkategorien anhand von Text-

und Bildinformationen, zum anderen um die Identifizierung spezifischer Herstellerprodukte entsprechend

einer Differenzierung nach EAN-Codes. Der bisherige Stand der Technik in Suchmaschinen und

Datenbankabfragen erlaubt nur einen weitgehend oberflächlichen Textvergleich, der vielfach zu unsicheren

Ergebnissen führt und händische Nacharbeit erfordert.

Das Projekt wurde erfolgreich abgeschlossen. Die entwickelten Verfahren zur automatischen Kategorisierung

sprachlicher Produktbeschreibungen verwenden das Inferenzsystem des Beschreibungslogik-Systems

RacerPro, das sowohl eine semantisch fundierte und logisch differenzierte Definition von Kategorien als

auch die Verwendung von systemseitig bereitgestellten Kategorisierungs- und Prüfungsverfahren erlaubt. Die

Verfahren sind so konzipiert worden, dass eine Kategorisierung und Identifizierung von bis zu 2 Mio.

verschiedenen Produkten bei einem Durchsatz von 25.000 Produkten pro Stunde möglich ist. Dies eröffnet

vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im eCommerce.

Schlagwörter:

Multimodale Klassifizierung, Textanalyse, Produktkategorisierung

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Hotz, L.; Haringer, M.: Two Stage Knowledge Discovery for Spatio-temporal Radio-emission Data,

Proceedings of 5th Prestigious Applications of Intelligent Systems (PAIS08), Patras, 2008

Finanzierung:

Geldgeber: Behörde für Wirtschaft und Arbeit, Hamburg

Personalmittel KOGS: Euro 100.00,-- (über HITeC)

Sach- und Publikationsmittel: keine

Laufzeit: 15.12.2007-31.10.2008

55


ISR - KOGS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

2.2.6 Manuskriptkulturen in Asien und Afrika

56

Neumann, Bernd, Prof. Dr.; Herzog, Rainer

Laufzeit des Projektes:

4/2008 bis 3/2011

Projektbeschreibung:

Das Projekt is ein Teilprojekt der DFG-Forschergruppe Manuskriptkulturen in Asien und Afrika. Die

weiteren Teilprojekte Japanologie, Sinologie, Tibetologie, Sanskritistik, Tamilistik, Iranistik und Äthiopistik

sind am Asien-Afrika-Institut der Universität Hamburg beheimatet, das Teilprojekt

Arabistik/Islamwissenschaft ist am Institut für Sprachen und Kulturen des Vorderen Orients der Friedrich-

Schiller-Universität Jena beheimatet.

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von Rechnermethoden zur Analyse historischer Manuskripte aus

Asien und Afrika im Hinblick auf Handschriftmerkmale, die eine Zuordnung von Schriftstücken zu

gemeinsamen Herkunftsbereichen bis hin zu identischen Schreibern ermöglichen. In den Untersuchungen

werden zwei Anliegen verfolgt. Zum einen geht es darum, auf manuellen Messungen basierende

Erkenntnisse moderner Manuskriptforschung durch rechnerbasierte Bildanalyseverfahren reproduzieren zu

können und damit zu objektivierbaren und in größerer Breite anwendbaren Verfahren für die

Manuskriptanalyse beizutragen. Zum anderen bieten Rechnerverfahren zur Formbeschreibung von

Bildobjekten sowie neuere Verfahren zu rechnerbasiertem Lernen und Data-Mining auch die Möglichkeit,

gemeinsame Merkmale von handschriftlichen Zeichen neu zu entdecken. Dabei kann es sich um Merkmale

handeln, die in der Manuskriptforschung bisher nicht beachtet worden sind oder sich dem menschlichen

Auge nicht direkt erschließen. Die Auswahl der zu analysierenden Manuskripte und Schriftzeichen sowie die

Bewertung der durch Rechnermethoden erzielten Ergebnisse erfolgt zusammen mit den Partnern der

Forschergruppe.

Im Berichtszeitraum erfolgte die Sammlung von Datenmaterial in Form von digitalen Bildmaterial von

Manuskripten. Anschließend wurden anhand einer Auswahl verschiedener Kriterien Varianten von

Ähnlichkeitsmaßen untersucht, die gleichartige einzelne Zeichen verschiedener Schreiber von denen

desselben Schreibers unterscheiden können sollen. Hierzu sollen lokale Merkmale der Zeichen, die für

einzelne Schreiber typisch sind, bestimmt werden.

Schlagwörter:

Handschriftenerkennung; Segmentierung; Ähnlichkeitssuche; Schriftzeichen

Finanzierung

Geldgeber: DFG

Personalmittel KOGS: 1 BAT IIa äquiv., 1 stud. Hilfskr. á 40h/Mon.

Sach- und Publikationsmittel: Euro 6100,--

Laufzeit: 3 Jahre

2.2.7 Co-Friend

Neumann, Bernd, Prof. Dr.; Bohlken, Wilfried (seit 4/2008); Hotz, Lothar, Dr. (HITeC)

Laufzeit des Projektes:

3/2008 bis 2/2011

Projektbeschreibung:

Projektpartner in diesem von der EU geförderten Projekt sind:

• Akka Technologies, Toulouse

• Arbeitsbereich KOGS, Uni Hamburg

• HITeC, Hamburg

• Computational Vision Group, Uni Reading

• Knowledge Representation and Reasoning, Uni Leeds

• INRIA, Sophia Antipolis

• Toulouse Blagnac Airport

Die Zielsetzung des Projektes Co-Friend (Cognitive and Flexible learning system operating Robust

Interpretation of Extended real scenes by multi-sensor Datafusion) ist die Realisierung eines kognitiven

Vision Systems für das Verstehen von menschlichen Aktivitäten in realen Umgebungen. Dabei werden

Objekte und elementare Vorgänge durch Bildverarbeitungsmethoden erkannt und dann mithilfe einer


AB Kognitive Systeme KOGS - ISR

konzeptuellen Wissensbasis interpretiert. Ein Schwerpunkt des Projektes ist der Umgang mit unsicheren

Informationen und sich verändernden Modellen.

Für praktische Experimente steht ein Netzwerk aus verschiedenen Kameras am Flughafen von Toulouse zur

Verfügung, mit dem Vorfeldaktivitäten (z.B. Beladen und Betanken des Flugzeugs) erkannt werden sollen.

Zu den Aufgaben von der Hamburger Projektgruppe gehört die Untersuchung von Ontologien, die zeitliche

und räumliche Inferenzen ermöglichen, die Entwicklung von Methoden zur probabilistischen

Szeneninterpretation, sowie die Entwicklung überwachter und unüberwachter Lernverfahren.

Im Berichtszeitraum wurde eine Ontologie für Vorfeldereignisse entwickelt, die sich aus einem allgemeinen

Begriffssystem für die Szeneninterpretation von Video-Sequenzen sowie einer domänenspezifischen

Ontologie zusammensetzt. Weiterhin wurden Arbeiten für den Entwurf eines regelbasierten

Interpretationssystems durchgeführt.

Schlagwörter:

Wissensbasierte Szeneninterpretation, Ontologie, maschinelles Lernen

Finanzierung

Geldgeber: EU

Personalmittel KOGS: Euro 494.690,-

Sach- und Publikationsmittel: Keine

Laufzeit: 3 Jahre

3. Publikationen und weitere Leistungen

Wissenschaftliche Publikationen im Berichtszeitraum

Gade, M.; Fiedler, G.; Dreschler-Fischer, L.: Mesoscale Sea Surface Currents Derived from Multi-Sensor

Satellite Imagery, ENVISAT-Symposium, Montreux, Schweiz. 2008

Hotz, L.; Haringer, M.: Two Stage Knowledge Discovery for Spatio-temporal Radio-emission Data,

Proceedings of 5th Prestigious Applications of Intelligent Systems (PAIS08), Patras, 2008

Hotz, L.; Neumann, B.; Terzić, K.: High-level Expectations for Low-level Image Processing. Proc. KI-2008,

Springer, 2008, 87-94

Möller, R.; Neumann, B.: Ontology-Based Reasoning Techniques for Multimedia Interpretation and

Retrieval. In: Y. Kompatsiaris, P. Hobson (Eds.): Semantic Multimedia and Ontologies: Theory and

Applications, Springer 2008, 55-98

Meine, H.; Köthe, U.; Stelldinger, P.: A Topological Sampling Theorem for Robust Boundary

Reconstruction and Image Segmentation, Discrete Applied Mathematics Journal (DAM), DGCI Special

Issue, 2008

Neumann, B.: Bayesian Compositional Hierarchies - A Probabilistic Structure for Scene Interpretation.

Report FBI-HH-B-282/08, Department of Informatics, University of Hamburg, 2008. Revised (Section

6) Dec. 2008

Stelldinger, P.: Image Digitization and its Influence on Shape Properties in Finite Dimensions, in:

Ausgezeichnete Informatikdissertationen 2007, GI-Edition, Lecture Notes in Informatics, Seiten 291-300,

2008

Stelldinger, P.: Image Digitization and its Influence on Shape Properties in Finite Dimensions, Dissertationen

in Künstlicher Intelligenz, DISKI 312, 2008

Stelldinger, P.: Topologically Correct Surface Reconstruction Using Alpha Shapes and Relations to Ball-

Pivoting, ICPR 2008

Stelldinger, P.: Topologically Correct 3D Surface Reconstruction and Segmentation from Noisy Samples, in:

Combinatorial Image Analysis, Proceedings of IWCIA 2008, Lecture Notes in Computer Science 4958,

Seiten 274-285, Heidelberg, Springer, 2008

Stelldinger, P.; Terzić, K.: Digitization of Non-regular Shapes in Arbitrary Dimensions, in: Image and Vision

Computing Volume 26, Issue 10, pp. 1338-1346, 1 October 2008

Tcherniavski, L.; Stelldinger, P.: A Thinning Algorithm for Topologically Correct 3D Surface

Reconstruction, in: Proc. 8th IASTED International Conference on Visualization, Imaging, and Image

Processing, pp. 119-124, 2008

Wolter, K.; Krebs, T.; Hotz, L.: Determining Similarity of Model-based and Descriptive Requirements by

Combining Different Similarity Measures, 2nd International Workshop on Model Reuse Strategies

(MoRSE08) at the 10th International Conference on Software Reuse (ISCR 2008), 25 - 28 May 2008,

Beijing

57


ISR - KOGS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Wissenschaftliche Vorträge

58

Günter, Andreas:

Zahlreiche Präsentationen zu HITeC

Terzić, Kasim:

19.2.2008: Evaluating Learnt Concepts: The Framework, eTRIMS Project Meeting, Prag

Neumann, Bernd:

26.2.2008: Probabilistic Inferences in Compositional Hierarchies, Dagstuhl-Seminar, Schloss Dagstuhl

Stelldinger, Peer:

26.2.2008: Topology-Preserving Reconstruction of Sampled Volumes and Surfaces, Interdisciplinary

Center for Scientific Computing (IWR), University of Heidelberg

27.4.2008: Image Digitization and its Influence on Shape Properties in Finite Dimensions, GI

Dissertationspreiskolloquium, Schloss Dagstuhl

19.5.2008: Über den Informationsverlust bei der Aufnahme digitaler Bilder, Fachhochschule Westküste,

Heide in Holstein

4. Wichtige weitere Aktivitäten

Mitarbeit in wissenschaftlichen außeruniversitären Gremien

Dreschler-Fischer, Leonie

Mitglied im Stiftungsrat der Deutschen Stiftung Friedensforschung

Mitglied im Kuratorium des Instituts für Friedensforschung und Sicherheitspolitik an der Universität

Hamburg

Mitglied im wissenschaftlichen Beirat des FIfF (Forum Informatikerinnen und Informatiker für Frieden

und gesellschaftliche Verantwortung)

Vertrauensdozentin der Studienstiftung des Deutschen Volkes

Moderation des e-mail-Netzwerks „Frauen in Informatik und Mathematik“

Mitglied der Hamburger Datenschutzgesellschaft e.V.

Günter, Andreas

Hauptherausgeber der Fachzeitschrift Künstliche Intelligenz

Mitglied der Fachbereichsleitung KI der GI

Fachexperte der Fachgruppe „Planen und Konfigurieren“ in der GI

Geschäftsführer des Hamburger Informatik Technologie-Center e.V. (HITeC)

Vorstandsmiglied des UpTech.Network e.V

Neumann, Bernd

Vorstandsvorsitzender des Hamburger Informatik Technologie-Center e.V. (HITeC)

Mitglied der Auswahlkommission für Stipendien am ICSI, Berkeley, CA

Mitglied des Advisory Editorial Board der Zeitschrift "Image and Vision Computing"

Stiehl, H. Siegfried

Mitglied des Editorial Board der Zeitschrift "Journal of Mathematical Imaging and Vision"

Mitglied des Advisory Editorial Board der Zeitschrift "Image and Vision Computing"

Stelldinger, Peer

Mitglied im Local Organizing Commitee der ISC International Supercomputing Conference

Mitarbeit in universitären Gremien

Dreschler-Fischer, Leonie

Mitglied im Rat zu Fragen der Wissenschaftsethik

Mitglied im Akademischen Senat und im Großen Senat der Universität Hamburg

Stellv. Mitglied des Ausschusses für Lehre und Studium des Akademischen Senats

Mitglied im FA Informatik

Mitglied im Widerspruchsausschuss in Prüfungsangelegenheiten

Mitglied in der Ergänzungsfachkommission Biologie

Mitglied im Rat zu Fragen der Wissenschaftsethik

Mitglied im Akademischen Senat und im Großen Senat der Universität Hamburg

Mitglied im Berufungsausschuss "W3-RRZ-Leitung"

Mitglied im Berufungsausschuss "W3-Wissenstechnologie & Wissensmanagement"Neumann, Bernd

Leiter des Labors für Künstliche Intelligenz (LKI)

Beauftragter des Department Informatik für Technologietransfer

Stellv. Beauftragter des Akad. Senats für Technologietransfer

Mitglied im Prüfungsausschuss des Department Informatik

Schriftliche Studienberatung des Department Informatik

Leiter der Task Force Schule


AB Kognitive Systeme KOGS - ISR

Stellv. Beauftragter des Department Informatik für BAFöG-Angelegenheiten

Stiehl, H. Siegfried

Vizepräsident der Universität Hamburg für Forschung, Internationales und Informationsmanagement

(CIO)

Stelldinger, Peer

Mitglied im Planungsausschuss des Bachelorstudiengangs Nanowissenschaften

Mitglied im Berufungsausschuss "W3-Wissenstechnologie & Wissensmanagement"

Begutachtungstätigkeit

Günter, Andreas

Gutachter für die Fachzeitschrift "Künstliche Intelligenz"

Neumann, Bernd

Gutachter für die DFG, DAAD, BMBF, INRIA, Humboldt Stiftung

Gutachter für Fachzeitschriften (Image and Vision Computing, IEEE Transactions on Intelligent Systems,

Artificial Intelligence Journal, KI)

Gutachter für Konferenzen (KI, ICVS, VISAPP, ICPR)

Gutachter für die EU

Stelldinger, Peer

Gutachter für Fachzeitschriften (Pattern Recognition, Pattern Recognition Letters, Computer Vision and

Image Understanding, Image and Vision Computing, Journal on Mathematical Imaging and Vision)

59


ISR - KOGS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

60


AB Natürlichsprachliche Systeme NatS – ISR

Arbeitsbereich

Natürlichsprachliche Systeme (NatS)

Vogt-Kölln-Str. 30, Haus F, 22527 Hamburg; Tel.: +49 40 428 83-2416, Fax: +49 40 428 83-2515

http://nats-www.informatik.uni-hamburg.de

1. Zusammenfassende Darstellung

Mitglieder des Arbeitsbereichs

ProfessorInnen:

Dr. Walther von Hahn (im Ruhestand), Dr.-Ing. Wolfgang Menzel

AssistenInnen/Wiss. MitarbeiterInnen:

Irina Aleksenko (bis 10/2008), Klaus Dalinghaus, M.A. (bis 4/2008), Dipl.-Inf. Thomas Kopinski, Dipl.-Inf.

Nguyen Thinh Le, Eelco Mossel (bis 6/2008), Dr. Cristina Vertan (bis 10/2008)

Natalia Elita - Promotionsstipendiatin (DAAD), Tian Gan (MSc.) – Promotionsstipendiat (Internationales

Graduiertenkolleg CINACS), Dipl.-Inf. Monica Gavrila – Promotionsstipendiatin (Universität Hamburg),

Patrick McCrae (MLitt) – Promotionsstipendiat (Internationales Graduiertenkolleg CINACS), Martha Yifiru

Tachbelie - Promotionsstipendiatin (Universität Hamburg)

Technisches und Verwaltungspersonal:


Gäste:

Prof. Dr. Galia Angelova (Bulgarian Academy of Sciences, Sofia)

Prof. Dr. Kerstin Fischer (University of Southern Denmark)

Dr. Solomon Teferra Abate – ehem. DAAD Stipendiat aus Äthiopien

Allgemeiner Überblick

Ziel der Forschungsarbeiten im Arbeitsbereich NatS ist der Entwurf und die prototypische Realisierung komplexer

sprachverarbeitender Systeme mit dem Schwerpunkt auf schriftlich realisierter Sprache (language) bis

hin zur kommunikativen Bewertung. Vor dem Hintergrund unterschiedlicher Anwendungsbeispiele werden

Voraussetzungen und Lösungsansätze für die Einbeziehung der jeweils relevanten sprachlichen Ebenen in

den Verarbeitungsprozess untersucht, wobei auf integrative Systemarchitekturen besonderer Wert gelegt

wird. Daneben werden Fragen der maschinellen Übersetzung und Bedingungen mehrsprachiger Systeme

theoretisch untersucht und prototypisch implementiert.

Zum 1.10.2007 hat der langjährige Arbeitsbereichsleiter, Prof. Dr. Walther von Hahn, seinen Ruhestand

angetreten. In diesem Zusammenhang wurde der Arbeitsbereich formal aufgelöst. Die laufenden Forschungsarbeiten

werden jedoch weiterhin fortgeführt.

Forschungsschwerpunkte

Architektur integrierter Sprachverarbeitungssysteme

Angesichts der Vielzahl und Verschiedenheit der Komponenten, die bei der Sprachverarbeitung

notwendiger¬weise miteinander interagieren, haben sich vereinfachende und starre Architekturentwürfe

wiederholt als entscheidendes Hindernis auf dem Weg zu anspruchsvollen natürlichsprachlichen Systemen

herausgestellt. Besonders extreme Anforderungen stellen hierbei Systeme für die Verarbeitung gesprochener

Sprache. Die Forschungsarbeiten zielen darauf ab, über eine interaktive und plausibilitätsgestützte Kopplung

der einzelnen Systemkomponenten (Syntax, Semantik, Weltwissen, Worterkennung, Prosodie usw.) die

Grundlagen für robuste und zeitadaptive Analyseverfahren zu schaffen und auf diesem Wege auch

Möglichkeiten zur Erweiterung auf multimodale Kommunikationsformen vorzubereiten.

Robustes Parsing natürlicher Sprache

Die vielfältigen Anstrengungen zur Steigerung der Robustheit sprachverarbeitender Systeme beziehen sich

traditionell stets auf isolierte Aspekte, wie die Fähigkeit zur Analyse unrestringierter Texte oder aber die

Behandlung der inhärenten Erkennungsunsicherheit bei der Verarbeitung gesprochener Sprache. Im

61


ISR – NatS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

62

Gegensatz dazu wird hier ein Ansatz verfolgt, der Robustheit als multidimensionales Phänomen begreift. Auf

der Grundlage eines einheitlichen Verarbeitungsmechanismus werden neben den bereits genannten Fragen

auch Ansätze zur Verarbeitung unter Zeitdruck sowie die Fähigkeit zur Diagnose von sprachlichen Fehlern

untersucht. Eine wesentliche Rolle spielt hierbei der Abgleich unsicherer und partiell widersprüchlicher

Information in einem System mit hoher struktureller Redundanz.

Diagnosetechniken für computergestützte Lehrsysteme

Systeme für den Fremdsprachenunterricht sind sowohl ein wichtiges Anwendungsgebiet als auch ein ideales

Testfeld für Verfahren zur robusten Sprachverarbeitung. Im Mittelpunkt stehen dabei Techniken zur Fehlerdiagnose

in den Bereichen von Phonetik/Phonologie und Syntax. Auf dieser Grundlage soll dem Schüler ein

aktives Üben in möglichst realitätsnahen Kommunikationssituationen ermöglicht werden, wobei er gleichzeitig

auf ein qualitativ deutlich verbessertes Feedback zu möglichen Schwächen und besonders empfehlenswerten

Übungsformen zurückgreifen kann. Erkenntnisse dieser Forschungen werden auch auf Anwendungen

im Bereich der Softwareentwicklung übertragen.

Maschinelle Übersetzung

Systeme zur maschinellen Übersetzung sind eine sehr geeignete Testumgebung verschiedener Architekturen

und Verfahren für die Sprachverarbeitung. Robuste Bearbeitung natürlicher Sprache ist ebenfalls eine

wich¬tige Komponente in MT-Systemen. Traditionelle regelbasierte Systeme sowie neue statistische bzw.

beispiel-basierte Verfahren können allein allerdings die Vielfältigkeit der Phänomene in der MÜ nicht lösen.

Untersucht werden Hybride Systeme, insbesondere Erweiterungen von beispiel-basierten Verfahren mit

linguistischer Information und regelbasierten Komponenten; auch Phänomene in wenig untersuchten Sprachpaaren

werden dabei berücksichtigt.

Wissenschaftliche Zusammenarbeit

Industrie und industrienahe Forschungseinrichtungen in Deutschland

• Harman & Becker, Ulm

Universitäten und Technische Hochschulen in Deutschland

Universität Tübingen

Kooperationspartner im Ausland

• Bulgarische Akademie der Wissenschaften, Sofia, Bulgarien

Universität Sofia, Bulgarien

• University of Southern Denmark, Dänemark

Ausstattung

Der Arbeitsbereich NATS hat in den letzten Jahren sein heterogenes Rechnernetzwerk in Richtung auf die

Plattformen x86/Linux und PPC/Mac OS X vereinheitlicht. Zentrale Dienste wie Fileserving, WWW etc.

werden von Server-PCs zur Verfügung gestellt; die Benutzerverwaltung wird von einem Linux-Rechner und

Backups werden direkt vom Rechenzentrum erbracht. Insgesamt stehen dem Arbeitsbereich aus

Haushalts¬mitteln 19 PCs und 3 Laptops sowie 3 Macintosh-Computer zur Verfügung. Für rechenintensive

Forschungs¬arbeiten kann ein Linux-Cluster mit 14 Zweiprozessormaschinen genutzt werden.

2. Die Forschungsvorhaben des Arbeitsbereichs

Etatisierte Projekte

2.1. Machine Learning für die Strukturanalyse natürlicher Sprache

Kopinski, Thomas, Dipl.-Inf.

Laufzeit des Projektes:

seit 10/2006

Projektbeschreibung:

Die automatische Syntaxanalyse ist mittlerweile auf einem Stand angelangt, in dem durch bloße

Ähnlichkeitsmaximierung aus voranalysierten Daten ein relativ hoher Grad an Analysegenauigkeit erreicht

werden kann. Die verschiedenen Varianten dieser Verfahren unterscheiden sich nur noch durch Feinheiten

der Glättungs- und Ähnlichkeitsparameter und erreichen auf den standardisierten Testkorpora in etwa


AB Natürlichsprachliche Systeme NatS – ISR

dieselben Ergebnisse. Jedoch erscheinen diese Ergebnisse auch durch Beschaffung noch größerer

Datenmengen nicht mehr wesentlich steigerbar zu sein.

In dieser Arbeit soll untersucht werden, inwiefern durch die Kombination verschiedener komplementärer

Ansätze dennoch signifikante Verbesserungen erreicht werden können. Von besonderem Interesse ist dabei

die Kopplung regelbasierter Verfahren mit Modellen, die aus Korpusdaten extrahiert wurden, insbesondere

dann, wenn beide auch unabhängig voneinander die Analyseaufgabe bereits mit hoher Präzision erfüllen

können.

Schlagwörter:

Dependenzgarmmatik, Constraints, Support-Vektor-Maschinen

Publikationen aus dem Projekt:

Khmylko, L. Hybrid Parsing with a maximum spanning tree predictor. Masterarbeit TU Hamburg-Harburg,

2007

Drittmittelprojekte

2.2. High-level information fusion for speech and language

McCrae, Patrick, MLitt; Gan, Tian, MSc; Menzel, Wolfgang, Prof. Dr.-Ing.

Laufzeit des Projektes:

von 4/2006 bis 9/2010, Förderung durch die DFG

Projektbeschreibung:

This project is part of the International Research School CINACS (Cross-modal interaction in natural and

artificial cognitive systems).

Finanzierung:

Geldgeber:

Laufzeit der Förderung:

Sachmittel:

Personalmittel:

DFG

4/2006 bis 11/2010

€ 30.600

€ 222.900

2.3. Constraint-Parsing und psychologische Plausibilität

Menzel, Wolfgang, Prof. Dr.-Ing.; Dalinghaus, Klaus, M.A.

Laufzeit des Projektes

von 9/2006 bis 4/2008

Projektbeschreibung

Als Alternative zu den etablierten probabilistischen Modellen wird im Projekt ein Ansatz auf der Basis von

gewichteten Constraints im Hinblick auf sein Potenzial zur Erklärung psycholinguistischer Phänomene bei

der Satzanalyse untersucht. Über die Möglichkeiten probabilistischer Modelle hinaus gestattet er es, die

verschiedenen Informationsbeiträge zum Sprachverstehen so zu isolieren, dass ihr Zusammenwirken einer

experimentellen Untersuchung zugänglich wird. Zudem bietet er einen vielversprechenden Erklärungsansatz

für das Zusammenspiel von Sprachsystem und Erfahrungswissen bei der Beurteilung gradueller

Abweichungen von der sprachlichen Norm.

Unter Verwendung eines pseudoinkrementellen Verarbeitungsmodus wurde das Argument-Dependency-

Model in eine Grammatik des Deutschen integriert. Auf dieser Grundlage lässt sich eine sehr frühzeitige

Zuweisung thematischer Protorollen erreichen, noch ehe das (oftmals satzfinale) Verb bekannt sein kann.

Das Verfahren wurde auf psycholinguistischen Stimulusdaten evaluiert, wobei sich in einigen Fällen der

beim Menschen beobachtbare Uminterpretationsaufwand beim Eintreffen neuer Information auch in der

maschinellen Verarbeitung nachweisen ließ.

Finanzierung

Geldgeber:

Laufzeit der Förderung:

Sachmittel:

DFG

von 11/2005 bis 4/2008

€ 18.200

63


ISR – NatS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

64

Personalmittel: 24 PM BAT IIa/

2,15 PM BAT IIa

24 Monate 1x72h SHK

Publikationen aus dem Projekt:

Foth, K.; Menzel, W.: Robust parsing: More with less. In Proc. EACL Workshop, Robust Methods in

Analysis of Natural Language Data, ROMAND-2006, pages 25-32, Trento, Italy, 2006

Foth, K.; Menzel, W.: Hybrid parsing: Using probabilistic models as predictors for a symbolic parser. In

Proc. 21st Int. Conf. on Computational Linguistics, Coling-ACL-2006, Sydney, 2006

Foth, K.; Menzel, W.: The benefit of stochastic PP-attachment to a rule-based parser. In Proc. 21st Int. Conf.

on computational Linguistics, Coling-ACL-2006, Sydney, 2006

Foth, K.; By, T. and Menzel, W.: Guiding a constraint dependency parser with supertags. In Proc. 21st Int.

Conf. on Computational Linguistics, Coling-ACL-2006, Sydney, 2006

Menzel, W.: Konfliktlösung als Grundlage intelligenten Handelns. In Rüdiger Valk, editor, Ordnungsbildung

und Erkenntnisstrukturen, pages 87-101. Hamburg University Press, 2006

Menzel, W.; Dalinghaus, K.: An Implementation of the argument dependency model, Bericht, Department

Informatik, FBI-HH-B-284, 2008

2.4. Constraint-basierte Diagnose für interaktive Lehrsysteme

Menzel, Wolfgang, Prof. Dr.-Ing.; Le, Nguyen-Thinh, Dipl.-Inf.

Laufzeit des Projektes

von 1/2006 bis 12/2009

Projektbeschreibung

Für Aufgabenstellungen aus der Softwareentwicklung, bei denen nicht nur die Reproduktion von Wissen

bzw. dessen Anwendung für analytische Tätigkeiten, sondern vor allem produktive Fertigkeiten im

Mittelpunkt der Ausbildung stehen, soll eine computergestützte Lernumgebung entwickelt werden, die es

dem Lernenden ermöglicht, kreativ an einer Problemlösung zu arbeiten, wobei sein Handlungsspielraum

möglichst wenig durch vorgegebene Musterlösungen, bzw. vorgefertigte Auswahlantworten eingeschränkt

wird. Um eine solche kreative Tätigkeit zu unterstützen, muss das Lernsystem über präzise und tiefreichende

diagnostische Fertigkeiten verfügen, um dem Schüler zu helfen, die Mängel seines derzeitigen

Lösungsversuchs zu erkennen und sie zu überwinden ohne dabei die Lösung selbst vorwegzunehmen.

Für analoge Aufgaben aus dem Bereich des Sprachunterrichts hat sich hierfür ein Diagnoseansatz auf der

Basis von Constraints als Erfolg versprechend herausgestellt. Constraints beschreiben Bedingungen für eine

akzeptable Schülerlösung in einer Weise, die es gestattet, aus Constraintverletzungen Rückschlüsse auf

Mängel der Lösung und die sie verursachenden Fehlkonzeptionen zu ziehen. Über geeignete Interventionen

kann der Lernende dann schrittweise an eine verbesserte Lösung herangeführt werden. Als besonderer

Vorzug des constraint-basierten Ansatzes erweist sich dabei, dass er verhältnismäßig robust gegenüber

Lücken im Wissensbestand des Lernsystems ist und auch partielle Schülerlösungen problemlos bewerten

kann.

Finanzierung

Geldgeber:

Laufzeit der Förderung:

Sachmittel:

Personalmittel:

Publikationen aus dem Projekt

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

1/2005-12/2009

€ 7000

48 PM BAT IIa

24 Monate 1x73h, 24 Monate 1x40h SHK

Le, N.-T.; Menzel, W.: Problem solving process oriented diagnosis in logic programming. In Proceedings of

the 14th International Conference on Computers in Education, volume 134. IOS Press, 2006

Menzel, W.: Constraint-based modelling and ambiguity. Int. Journal on Artificial Intelligence in Education,

16:29-63, 2006

Menzel, W. :Detecting mistakes or finding misconceptions? Diagnosing morpho-syntactic errors in language

learning. In Galia Angelova, Kiril Simov, and Milena Slavcheva, editors, Readings in Multilinguality.

Incoma Ltd., Shoumen, Bulgaria, 2006

Le, N.-T.; Menzel, W. Using constraint-based modelling to describe the solution space of ill-defined

problems in logic programming. In Proceedings 6th International Conference on Web-based Learning,

2007


AB Natürlichsprachliche Systeme NatS – ISR

Le, N.-T.; Menzel, W.: The coverage of error diagnosis in logic programming using weighted constraints –

the case of an ill-defined domain. In Proceedings of the 21st International Florida Artificial Intelligence

Research Society Conference, 2008

Le, N.-T.; Menzel, W.: Towards an evaluation methodology of diagnostic accuracy for ill-defined domains.

In Proceedings of the 16th Int. Conf. on Computers in Education, pp. 117-124, 2008

2.5. Erwerb semantischer Templates für Beispielbasierte Maschinelle Übersetzung

Elita, Natalia; v. Hahn, Walther, Prof. Dr.; Vertan, Cristina, Dr.

Laufzeit des Projektes:

von 10/2005 bis 10/2008

Projektbeschreibung:

Das Ziel des gegenwärtigen Forschungsvorhabens ist es, dynamisches automatisches Lernen von semantischen

Mustern als Unterstützung für die maschinelle Übersetzung zu erforschen. Das schließt zwei

wichtige und zurzeit nicht gelöste Probleme in der beispiel-basierten maschinellen Übersetzung ein:

1. Berücksichtigung semantischer Information in den Übersetzungsmustern. Die zurzeit existierenden

Verfahren enthalten lediglich morphologische oder syntaktische Regeln, was offensichtlich die Übersetzungsqualität

beeinträchtigt.

2. Das dynamische Lernen von Mustern, d.h. die Möglichkeit des Benutzers, die erzeugten Übersetzungen

(und einige erzeugte Parameter) für weitere Übersetzungen wieder zu verwenden. Als Konsequenz wird sich

die Größe der Datenbank mit Beispiel-Übersetzungen reduzieren lassen.

Das Forschungsprojekt wird sich im Gegensatz zu dem Gros der internationalen Forschung nicht auf

Englisch, sondern auf Wirtschaftstexte in zwei hochgradig flektierten Sprachen, Rumänisch und Deutsch,

konzentrieren.

Schlagwörter:

Maschinelle Übersetzung, semantische patterns, translation memories, maschinelles Lernen

Publikationen aus dem Projekt

Elita N., Gavrila, M.: Enhancing translation memories with semantic knowledge. Budapest, Hungary, 2006,

Proceedings of the First Central European Student Conference in Linguistics

Gavrila M., Elita N.: RoGER – un corpus paralel aliniat (Romanian), Iasi, 2006, Workshop proceedings

Romanian Linguistic Resources and Tools for Natural Language Processing, ed. University Al.I. Cuza,

Iasi

Finanzierung:

Geldgeber:

Laufzeit der Förderung:

Sachmittel:

Personalmittel:

DAAD

10/2005 bis 10//008

-

€ 36.000

2.6. Rekombinationsstrategien in der beispielbasierten maschinellen Übersetzung

Elita, Natalia; Gavrila, Monica; v. Hahn, Walther, Prof. Dr.; Vertan, Cristina, Dr.

Laufzeit des Projektes:

10/2005 bis 7/2009

Projektbeschreibung :

Das Projekt untersucht Rekombinationsstrategien für beispiel-basierte maschinelle Übersetzung. Dieses

Thema wird als "der schwierigste Schritt im EBMT Prozess" betrachtet – (H. Somers, "An Overview of

EBMT" 2003) und es ist ein "Bereich, der wenig Aufmerksamkeit empfangen hat" - (K. McTait "Translation

Pattern Extraction and Recombination for Example-Based Machine Translation, 2001).

Zurzeit verwenden EBMT-Systeme als Zielsprache in der Übersetzung Englisch; dadurch treten viele

Probleme in der Morphologie bei der Rekombinationsphase nicht auf. Das Projekt konzentriert sich

exemplarisch auf zwei stark flektierte Sprachen – Rumänisch und Deutsch.

Obwohl im Projekt die zwei erwähnten Sprachen untersucht werden, ist das Ziel des Forschungsvorhabens

die Entwicklung von sprachunabhängigen Algorithmen.

65


ISR – NatS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Schlagwörter:

66

Beispielbasierte maschinelle Übersetzung, Rekombination, computergestützte Morphologie

Publikationen:

Elita N., Gavrila M.: Enhancing translation memories with semantic knowledge. Budapest, Hungary, 2006,

Proceedings of the First Central European Student Conference in Linguistics

Gavrila M., Elita N.: RoGER – un corpus paralel aliniat, (Romanian), Iasi, 2006, Workshop proceedings

Romanian Linguistic Resources and Tools for Natural Language Processing, ed. University Al.I. Cuza,

Iasi

Elita, N,; Gavrila, M.; Vertan, C.: Experiments with String Similarity measures in the EBMT Framework. In

Proceedings Europ. Conf. on Recent Advances in Natural Language Processing, RANLP-2007, Borovets,

Bulgaria, 2007

2.7. Innovative Lehrformen im Bereich der Sprachverarbeitung

v. Hahn, Walther, Prof. Dr.; Vertan, Cristina, Dr.; Gavrila, Monica; Redder, Angelika, Prof. Dr. (FB. 07);

von Bremen, Christina (FB. 07)

Laufzeit des Projektes:

6/2005 – 5/2008, 10/2007 – 10/2008, 10/2005 – 5/2008

Projektbeschreibung:

In den drei Projekten

• PROLIV – Animierte Prozessmodelle komplexer Linguistischer Verfahren

• Texttechnologien

• TAPEJA – Text Analyse mit PERL und JAVA – Ein Programmierungskurs für Linguisten und Literaturwissenschaftler

werden didaktische Ansätze, Methoden und Werkzeuge für innovative Lehreformen im Bereich Linguistik

und Sprachverarbeitung entwickelt. Dies umfasst u.a. animierte Präsentationen für algorithmische Abläufe

sowie Methoden und softwaretechnische Ansätze für die Textanalyse.

Schlagwörter:

E-learning, Sprachverarbeitung, Computerphilologie, Linguistik, Visualisierung

Publikationen aus dem Projekt

Gavrila, M.; Vertan, C.: Visualization of complex linguistic theories. Bangkok/Thailand, 2006, Proceedings

of the International Conference on Digital Media and Learning Conference Proceedings, pages 158-163

Gavrila, M.; Vertan, C., v. Hahn, W.: Managelex – a tool for the management of complex lexical structures.

In GLDV-Journal for Computational Linguistics and Language Technology, Band 21, Heft 1, Exchange

of Lexical and Terminological Resources, Beiträge des Workshops des GLDV-Arbeitskreises

Maschinelle Übersetzung, Koethen, Juni 2005, pages 57-65, ISSN 0175-1336, 2006

Vertan, C.; Lemnitzer, L.; Killing, A.; Simov, K.; Evans, D.; Osenova, P.; Monachesi, P.: Crosslingual

retrieval in an eLearning environment, in proceedings of Artificial Intelligence and Human Oriented

Computing, AIIA 2007 (erscheint 2008 auch in Lecture Notes of Computer Science)

Lemnitzer, L.; Killing, A.; Simov, K.; Vertan, C.; Evans, D.; Cristea, D.; Monachesi, P.: Improving the

search for learning objects with keywords and ontologies. In Proceedings of Technologically enhanced

learning conference 2007 (Best paper award)

Lemnitzer, L.; Mossel, E.; Vertan, C.: Language Technology for eLearning – a multilingual approach from

the German perspective, in Datenstrukturen für linguistische Ressourcen und ihre Anwendungen,

Proceedings of the Biennial GLDV Conference, Gunter Narr Verlag Tübingen, S. 135-144, 2007

Finanzierung:

Proliv Texttechnologien Tapeja

Geldgeber: Multimedia Kontor Multimedia Kontor Universität Hamburg

Hamburg

Hamburg

Laufzeit der Förderung: 6/2005 bis 6/2007 10/2005 bis 5/2008 10/2007 bis 10/2008

Sachmittel: € 63.469 € 500

Personalmittel: € 2.133 € 5.000 € 4.500


AB Natürlichsprachliche Systeme NatS – ISR

2.8. LT4eL - Language Technology for eLearning

Vertan, Cristina Dr.; v.Hahn, Walther, Prof. Dr.; Mossel, Eelco

Laufzeit des Projektes:

von 12/2005 bis 6/2008

Projektbeschreibung

Das Projekt entwickelt Technologien für die Verbesserung von eLearning Systemen. Bisher wurden LOs

(Learning Objects) nur mit Standard Annotationen versehen. ImLT4eL sollen linguistische Annotationen

sowie die Anwendung einer Ontologie und eines Crosslingual Retrieval Prozesses die Suche nach LOs in

einem eLearning System deutlich verbessern. Das Projekt wird von der Universität Utrecht koordiniert und

hat 12 Institutionen aus 7 Ländern als Teilnehmer. Die Universität Hamburg ist für den Bereich

Multi¬lingualität verantwortlich, d.h. Entwicklung einer cross¬lingual retrieval engine und die Abbildung

von multilingualen Lexika auf der Ontologie.

Schlagwörter:

eLearning, Crosslingual Retrieval, Sprachverarbeitung

Publikationen aus dem Projekt:

Monachesi, P.; Cristea, D.; Evans, D.; Killing, A.; Lemnitzer, L.; Simov, K.; Vertan, C.: Integrating

Language Technology and Semantic Web techniques in eLearning.“, Villach/Östereich, 2006, in

Proceedings of ICL 2006

Monachesi, P.; Lemnitzer, L.; Simov, K.; Cristea, D.; Killing, A.; Evans, D.; Vertan, C.: LTeL - Language

Technology for eLearning, Varna/Bulgarien, 2006, Proceedings of NLP4ME 2006

Finanzierung:

Geldgeber:

Laufzeit der Förderung:

Sachmittel:

Personalmittel:

EU-IST/FP6

12/2005 bis 6/2008

€ 12.376

€ 66.980

2.9. Morphology-based language modeling for Amharic

Yifiru Tachbelie, Martha

Laufzeit des Projektes:

4/2006 bis 3/2008

Projektbeschreibung:

Language models are fundamental to many natural language applications such as speech recognition,

statistical machine translation, spelling correction, etc. A language model is a probability distribution over

strings P(s) that attempts to reflect the frequency with which each string s occurs as a sentence in natural

language text. Since it is impossible to calculate conditional probabilities for all word sequence of arbitrary

length in a given language, N-gram language models are generally used. Even, with N-gram models, it is not

possible that all word sequences can be found in the training data (data sparseness problem). In particular for

morphologically rich languages, there are even individual words that might not be encountered in the training

data irrespective of how large it is (Out of Vocabulary problem). In such cases, a promising alternative is to

abandon the word as a modeling unit and use sub-word units for the purpose of language modeling.

The goal of this research project is the development of a morpheme-based language model for Amharic, a

major language spoken in Ethiopia. Amharic belongs to the semitic language family and is morphologically

rich. It exhibits both non-concatenative (root-pattern) and concatenative morphological features. Stems can

be derived from roots (radicals) by intercalating patterns (vocalic elements). Moreover, affixes are used to

create inflectional and derivational word forms.

Publikationen:

Yifiru Tachbelie, M.; Menzel, W.: Sub-word based language modeling for Amharic. In Proc. Europ. Conf. on

Recent Advances in Natural Language Processing, RANLP-2007, Borovets, Bulgaria, 2007

Schlagwörter:

Language modeling, morpheme-based language modeling, sub-word based language modeling, Amharic

67


ISR – NatS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Finanzierung:

68

Geldgeber:

Laufzeit der Förderung:

Personalmittel:

3. Publikationen und weitere Leistungen

Wissenschaftliche Publikationen im Berichtszeitraum

Universität Hamburg – Nachwuchsförderung

4/2006 bis 3/2008

€ 23.400

Gan, T.; Menzel, W.; Zhang, J.: Using the Tandem Approach for AF Classification in an AVSR System

Proceedings of the 5th International Symposium on Neural Networks (ISNN), Beijing, China, 2008

Le, N.-Th.; Menzel, W.: The coverage of error diagnosis in logic programming using weighted constraints –

the case of an ill-defined domain. In Proceedings of the 21st International Florida Artificial Intelligence

Research Society Conference, pp. 421-426, 2008

Le, N.-Th.; Menzel, W.: Towards an evaluation methodology of diagnostic accuracy for ill-defined domains.

In Proceedings of the 16th Int. Conf. on Computers in Education, pp. 117-124, 2008

McCrae, P.; Foth, K.; Menzel, W.: Modelling global phenomena with extended local constraints. In In:

Villadsen, J.; Christiansen, H. (Eds.) Proceedings 5th Int. Workshop on Constraints and Language

Processing, CSLP-2008, Roskilde, Dänemark, S. 48-60, 2008

Wissenschaftliche Vorträge

Menzel, Wolfgang

20.06.2008: Dependency Parsing – Old and new challenges, Eingeladener Vortrag, Workshop „Parsing

German“, 46 th ACL Conference, Columbus, Ohio

4. Wichtige weitere Aktivitäten

Mitarbeit in universitären Gremien

Menzel, Wolfgang:

Studienreformausschuss

Departmentvorstand

Gemeinsame Komission Bioinformatik (Vorsitz)

Gemeinsame Kommission Wirtschaftinformatik

v. Hahn, Walther:

2. Vorsitzender Hamburg Digital Humanities

Vertan, Cristina:

Vorsitzende der Arbeitsstelle Computerphilologie

Gründungsmitglied Hamburg Digital Humanities

Begutachtungstätigkeit

Menzel, Wolfgang:

Deutsche Forschungsgemeinschaft

International Journal on Artificial Intelligence in Education

Workshop „Parsing German“, 46 th ACL conference, Columbus, Ohio

Le, Nguyen-Thinh:

International Journal on Artificial Intelligence in Education

Kongressorganisation/-ausrichtung

von Hahn, Walther; Vertan, Christina:

European Machine Translation Conference, EAMT-2008, Hamburg, September, 2008

Sonstige Aktivitäten

Menzel, Wolfgang:

Vorlesungsreihe an der PhD school in Information Technology, Addis Ababa University, Oktober 2008

Vorlesung in der Kinderuniversität Hamburg, 10.11.2008


AB Technische Aspekte Multimodaler Systeme TAMS - ISR

Arbeitsbereich

Technische Aspekte Multimodaler Systeme (TAMS)

Vogt-Kölln-Str. 30 / Haus F, 22527 Hamburg, Tel.: +49 40 428 83-2430, Fax: +49 40 428 83-2397

http://tams-www.informatik.uni-hamburg.de

1. Zusammenfassende Darstellung

Mitglieder der Departmenteinrichtung:

ProfessorInnen:

Dr. Jianwei Zhang (Leiter)

AssistenInnen/Wiss. MitarbeiterInnen:

Dipl.-Inform. Hannes Bistry, Dr. Norman Hendrich, Dipl.-Inform Sascha Jockel (CINACS), Dipl.-Inform.

Bernd Schütz, Dipl.-Inform. Martin Weser (CINACS), Dr. Wang Wei, Dr. Houxiang Zhang, Dipl.-Inf. Denis

Klimentjew (ab 02/2008)

Technisches und Verwaltungspersonal:

Dipl.-Ing. Manfred Grove; Dr. Andreas Mäder, BA Tatjana Tetsis (Fremdsprachliche Angestellte)

Gäste:

Stipendien:

MSc Mohammed Elmogy (Kairo, EG); 01.11.2006 – 31.10.2010 (Über Ägyptische Regierung im Long Term

Mission System)

MSc Yanzi Miao (XuZhou, CN), 01.08.2007 – 31.10.2008 (China Scholarship Council)

Gionata Salvietti (Siena, IT), 25.08. 2008 – 26.01.2009 (ERASMUS)

Allgemeiner Überblick

Der Arbeitsbereich Technische Aspekte multimodaler Systeme (TAMS) unter der Leitung von Prof. Dr.

Jianwei Zhang hat die allgemeine Zielsetzung, wissenschaftliche Methoden zu entwickeln, die aus

vielfältigen Kanälen wie maschinellem Sehen, aus Sprache, Klang oder Tastsinn und durch aktive robotische

Bewegungen und Manipulation Informationen gewinnen. Diese Methoden sollen auf integrierten

Echtzeitsystemen angewandt und evaluiert werden. Die Forschungsschwerpunkte umfassen multimodale

Informationsverarbeitung, effiziente Kodierung und Übertragung von Audio-Videodaten, sensorgestützte

Manipulation, kognitive Robotik, robotisches Lernen, kognitive E-Learning Systeme, Mensch-Maschine-

Interaktion und den Bereich des VLSI Entwurfs. Die Anwendungsbereiche sind Service-Roboter, intelligente

Sensoren, aktive Medien und hochentwickelte Nano-Manipulationsplattformen. Schon in den vergangenen

Jahren hatte sich bei uns ein Wandel vollzogen von der einfachen Trennung zwischen Hardware und

Software hin zur Systemsicht, bei der die Aufgabenstellung im Vordergrund steht, während die Trennung in

Hard- und Softwareanteile ein Teil des Systementwurfsprozesses wurde. Sensorik erfordert generell hohe

Datenverarbeitungsleistung, wie z.B. im Fall einer Smart-Kamera. Hier kommt dem Arbeitsbereich die lange

Mitgliedschaft im Projekt EUROPRACTICE zugute sowie auch die Erfahrung im Bereich der digitalen

Signalverarbeitung.

Forschungsschwerpunkte

Verarbeitung multimodaler Informationen in der fortgeschrittenen Robotik

In einem weit gefassten Sinn können Roboter als eine Art neue Medien verstanden werden. Genauso wie der

Text in den Zeitungen benutzt wird, um Informationen zu transportieren oder das Fernsehen wie auch das

multimediale Internet unsere Fähigkeiten zu sehen und zu hören erweitern, so können auch Roboter durch

ihre Funktion die Reichweite unserer Mobilität und unseres Aktionsraumes erhöhen. Roboter als Träger der

Telepräsenz ermöglichen die verkörperte physikalische Interaktion. Sehr sinnvoll ist die technische

Umsetzung der Teilergebnisse der Forschungen in die Praxis wie z.B. Schnittstellen für "Personal Robots",

medizinische Anwendungen und Entwicklung von Maschinen mit hohem MIQ. Sie gehören sicherlich zu den

wichtigsten Themen der "Advanced IT" in der nächsten Dekade.

Das Kernanliegen der Forschungsvorhaben des Arbeitsbereichs ist die Untersuchung des Zusammenwirkens

verschiedener Modalitäten sensorischer und kognitiver Systeme, wie z.B. Sehen, Schreiben, Hören,

Sprechen, Tasten oder Greifen. Auch das Zusammenwirken verschiedener Aktuatoren wie Manipulator,

mobile Plattform, Schwenk-Neige Einheit wird unter multimodalen Aspekten untersucht. Die Interaktion

69


ISR - TAMS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

70

zwischen Menschen und technischen Informations- und Kommunikationssystemen steht dabei in direkter

Beziehung zur Multimodalität. Einen Schwerpunkt der Arbeit des Arbeitsbereichs TAMS sollen deshalb

Anwendungen im Bereich der intelligenten Service-Robotik bilden. Es ist absehbar, dass interaktive Service-

Roboterplattformen erheblich an Bedeutung gewinnen werden. Solche intelligenten Systeme mit Sensorik-,

Aktorik- und Kommunikationsfähigkeiten dienen daher sowohl der Erforschung praktischer

Problemstellungen der multimodalen Informationsverarbeitung als auch der theoretisch-methodisch

fundierten Analyse der Komplexität der Problembereiche.

Entwurf integrierter Schaltungen und integrationsgerechter Architekturen

Der Entwurf von Systemen ist immer dann eine Herausforderung, wenn Randbedingungen zu erfüllen sind,

die bei den Standard-Entwurfsverfahren nicht vorgesehen sind oder in der Entwurfssoftware nicht unterstützt

werden. In solchen Fällen ist auch die Zusammenarbeit der Industrie mit der Universität sinnvoll. So wurden

Arbeiten auf dem Gebiet der dynamisch rekonfigurierbaren Architekturen fortgeführt. Derartige

Hardwarestrukturen, die sich im Betrieb automatisch an die momentanen Anforderungen anpassen, sollen

auch in „intelligenten Sensoren“, wie sie in Kooperation mit der Firma Basler im BMBF-Projekt IVUS

untersucht werden, zum Einsatz kommen.

Besonders für den Einsatzbereich der Robotik müssen die Rechnersysteme oft derart spezielle

Systemeigenschaften besitzen, dass schon beim Entwurf anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen

die Einbettung in die Anwendungsumgebung zu beachten ist. Speziell tritt dabei die Frage nach der

Verteilung von Funktionen in komplexen Anwendungen auf („Embedded Systems“).

Für den Entwurf eines komplexen Systems muss zunächst auf möglichst hoher Abstraktionsebene eine

Verhaltensbeschreibung vorliegen, auf deren Basis eine Systemsimulation vorgenommen werden kann.

Wünschenswert sind Methoden, die einen automatischen detaillierten Systementwurf ausgehend von einer

abstrakten Beschreibung durchführen. Die Universitäten können in den unteren Entwurfsebenen kaum noch

einen Beitrag leisten. Der Arbeitsbereich hat seine Arbeiten daher in den letzten Jahren immer mehr in die

auch für die universitäre Lehre wichtigeren Abstraktionsebenen oberhalb der Schicht verlegt, in der der

detaillierte rechnergestützte Entwurf integrierter Schaltungen beginnt.

Nanomanipulation

Viele Forschungsgruppen auf der Welt beschäftigen sich mit der gezielten Manipulation von Objekten im

nanoskaligen Bereich – der Nanomanipulation. Allerdings gibt es auch international nur wenige Ansätze, den

Prozess der manuellen Nanomanipulation durch komfortable Benutzerschnittstellen und ggf. spezielle Ein-

Ausgabegeräte zu unterstützen. Darüber hinaus sind kaum Anstrengungen bekannt, den fehlerträchtigen und

zeitraubenden Prozess der manuellen Nanomanipulation zu automatisieren.

Ziel des AB TAMS ist unter Ausnutzung der Erfahrungen in der Robotik die Entwicklung von Algorithmen

und Software für die automatisierte Manipulation von Oberflächen auf molekularer bzw. atomarer Ebene.

Ein derartiges Werkzeug hat insbesondere für die Vorbereitung wissenschaftlicher Experimente große

Bedeutung. Die Automatisierung führt zu einer enormen Zeitersparnis, bzw. ermöglicht überhaupt erst

Experimente die z.B. eine große Zahl von Einzelmanipulationen auf atomarer Ebene voraussetzen. Mit

diesem Projekt kooperiert der AB TAMS u.a. eng mit dem Institut für Angewandte Physik und war auch mit

dieser Thematik am Exzellenzcluster-Antrag „Automically Tailored Materials and Quantum Nanoprobes“

der Universität Hamburg beteiligt.

Wissenschaftliche Zusammenarbeit

• Airbus S.A.S.

• Basler AG

• Bosch

• IBEO Ibeo Automobile Sensor GmbH

• Ritz Messwandler

• Volkswagen AG

Universitäten und Technische Hochschulen in Deutschland

• Arbeitsbereich Biologische Psychologie und Neuropsychologie, Hamburg

• Georg-August-Universität Göttingen

• Institut für Angewandte Physik, Hamburg

• Institut für Neurophysiologie und Pathophysiologie, UKE, Hamburg

• Neuroimaging Center, UKE, Hamburg

• TU Harburg, Hamburg


AB Technische Aspekte Multimodaler Systeme TAMS - ISR

Universität Bielefeld

Kooperationspartner im Ausland

• BeiHang University, China

• Beijing University of Posts & Telecommunications, China

• China Telecom Corporation Limited Beijing Research Institute, China

• Chinese University of Hong Kong, China

• City University of Hong Kong, China

• Create-Net, Italien

• ENENSYS Technologies S.A., Frankreich

• Nokia Siemens Networks Ltd. Beijing, China

• Shanghai University, China

• Tsinghua University, China

Ausstattung

Zur Ausstattung gehören u. a. ca. 50 PCs, drei Server, der Service-Roboter TASER samt omnidirektionalem

Sichtsystem, aktivem Stereokopf mit zwei Firewire-Kameras sowie zwei Handkameras, zwei Manipulator-

Armen und zwei Dreifinger-Händen; ein NanoManipulator mit Atomic Force Microscope (AFM) und

haptischen Vorrichtungen, zwei humanoide Roboter HOAP_2, der Kletterroboter Skycleaner IV sowie

weitere Roboterplattformen, technische Geräte und Software. Die konkrete Geräteausstattung des

Arbeitsbereichs ist dem Wirtschaftsbericht zu entnehmen, Näheres zu einzelnen Geräten findet sich neben

den Projektbeschreibungen auch unter http://tams-www.informatik.uni-hamburg.de/research/.

2. Die Forschungsvorhaben der Departmenteinrichtung

Etatisierte Projekte

2.1 Entwicklung eines autonomen Service-Roboters

Jockel, Sascha, Dipl.-Inform; Weser, Martin, Dipl.-Inform.; Klimentjew, Denis, Dipl.-Inf.; Mäder, Andreas,

Dr.; Zhang, Jianwei, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit 8/2003

Projektbeschreibung:

Abb. 1

Die Realisierung einer autonomen interaktiven Service-Roboterplattform

für nicht-triviale Aufgaben, die die Fähigkeit hat, einen zielgerichteten

multimodalen Dialog mit Hilfe natürlicher Sprache, Gestik, Blick, etc. zu

führen, ist eine anspruchsvolle Herausforderung nicht nur aus der

Perspektive der Robotik und der Informatik. Die Hauptaufgabe autonomer

interaktiver Service-Roboter besteht darin, Menschen bei alltäglichen

Aufgaben im industriellen Umfeld, bei Dienstleistungen oder zu Hause zu

unterstützen.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines autonomen, interaktiven,

mobilen Service-Roboters. Hierzu gehören die selbstständige Navigation

in einer Büroumgebung, das Erkennen von Objekten, Hindernissen und

Personen, sowie die Manipulation von Objekten. Handlungsautonomie

und Lernen durch natürliches Instruieren sind darauf aufbauende

Fähigkeiten. Manipulative Aktionen werden durch verschidene Sensoren

überwacht und auf hoher Abstraktionsebene in einer autobiographischen

Gedächtnisstruktur gespeichert um für zukünftige Handlungenplanungen

zugänglich zu sein.

Aufgabe ist es, Verfahren zu entwickeln, zu evaluieren, zu optimieren und zu generalisieren, so dass der

Einsatz des mobilen Robotersystems mit denselben Methoden in diversen weiteren Szenarien möglich wird.

71


ISR - TAMS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

72

Im Berichtsjahr wurde die Hardware weiter assembliert und die entsprechende Softwareinfrastruktur

ausgebaut und gewartet. Die Leistungs- und Einsatzfähigkeit ist dabei erheblich erweitert worden.

Ziel ist es, den zweiten Arm ebenfalls auf dem Service-Roboter zu integrieren, um somit dem System eine

menschenähnliche Operabilität zu verleihen. Hierbei wurden Anpassungen an der bereits bestehenden

Softwareinfrastuktur vorgenommen, um den parallelen Einsatz von zwei Armen an einer Kontrolleinheit zu

ermöglichen. Die Software wurde dahingehend aktualisiert, komplexe Roboteraktionen mit wenig Aufwand

anstossen zu können. Weiterhin wurden Schnittstellen des Gesamtsystems auf die neuesten Software-

Bibliotheken umgestellt. Automatisierbare Prozesse wurden in Hardware implementiert, um die Auslastung

der zentralen Rechnereinheit zu optimieren. Ein Beispiel hierfür ist das Drittmittelprojekt IVUS, bei dem

Bilddaten der Kameraeinheiten autonom von einer Hardwareeinheit verarbeitet werden.

Schlagwörter:

Mobile Roboter; Navigation; Lokalisation; Regelung; Manipulation; Maschinelles Lernen; Stereo- und

OmniVision; Mensch-Maschine-Interaktion

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Jockel, S.; Weser, M.; Westhoff, D.; Zhang, J.: Towards an Episodic Memory for Cognitive Robots,

Proceedings of the 6th International Cognitive Robotics Workshop at 18th European Conference on

Artificial Intelligence (ECAI), Patras, Greece, IOS Press, 7/2008

Jockel, S.; Westhoff, D.; Zhang, J.: EPIROME - A Novel Framework to Investigate High-Level Robot

Memory, Proceedings of the 2007 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics

(ROBIO), Sanya, China, December 2007, pp. 1075-1080

Weser, M.; Zhang, J.: Proactive Multimodal Perception for Feature Based Anchoring of Complex Objects,

Proceedings of the 2007 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO), Sanya,

China, December 15-18, 2007

Mäder, A.; Bistry, H.; Zhang, J.: Towards intelligent autonomous Vision Systems -- Smart Image Processing

for Robotic Applications, IEEE/RJS 2007 International Conference on Robotics and Biomimetics, Sanya,

China; Dezember 2007

Bistry, H.; Westhoff, D.; Zhang, J.: A smart interface-unit for the integration of pre-processed laser range

measurements into robotic systems and sensor networks, IEEE/RJS 2007 International Conference on

Intelligent Robots and Systems, San Diego, USA; Oktober 2007

Westhoff, D.; Zhang, J.: A Unified Robotic Software Architecture for Service Robotics and Networks of

Smart Sensors, Autonome Mobile Systeme 2007 - 20. Fachgespräch Kaiserslautern, Springer-Verlag

GmbH, Heidelberg, Oktober 2007

Jockel, S.; Baier-Löwenstein, T.; Zhang, J: Three-Dimensional Monocular Scene Reconstruction for Service-

Robots: An Application, Proceedings of VISAPP 2007 - Second International Conference on Computer

Vision Theory and Applications, Vol. Special Sessions, Barcelona, Spain, March 2007, INSTICC Press,

pp. 41-46

Bistry, H.; Poehlsen, S.; Westhoff, D.; Zhang, J.: Development of a Smart Laser Range Finder for an

Autonomous Service Robot, IEEE International Conference on Integration Technology (ICIT), Shenzen,

China; März 2007

Westhoff, D.; Stanek, H.; Zhang, J.: Distributed Applications for Robotic Systems using Roblet-Technology,

ISR/Robotik 2006, VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik, Mai 2006

Zhang, J.; Mäder, A.: Intelligente präzise Vision-Systeme zur Unterstützung von Service-Robotern --

(IVUS), BMBF-Statustagung, Berlin, Nov. 2006

K. Hübner, Westhoff, D., Zhang, J.: A Comparison of Reginal Feature Detectors in Panoramic Images, 2006

IEEE Int. Conf. on Information Aquisition (ICIA), August 2006


AB Technische Aspekte Multimodaler Systeme TAMS - ISR

2.2 Anforderungen der Reinigung von Glaswänden und Entwicklung eines Kletterroboters

Houxiang, Zhang, Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit 1/2005

Projektbeschreibung:

In our TAMS group, the improved full pneumatic climbing robot Sky Cleaner IV is being developed as an

intelligent demonstrator and test bed for the implementation of nonlinear locomotion control.

In 2008, our research was concentrated on two aspects.

First we improved the nonlinear position control system. Pneumatic actuators control the robot’s movement,

reducing its weight and increasing its dexterity. The pneumatic system of the robot includes X, Y and Z

cylinders, a waist cylinder, brush cylinders and vacuum suckers. The major challenge of the pneumatic

system is to achieve precise position control of the two rodless linear X and Y cylinders since the system is

nonlinear. Two novel ideas were introduced to the pneumatic actuating system. Firstly, the X and Y cylinders

feature an improved pneumatic scheme that drives two groups of four 2-position-2-port high speed on-off

valves to adjust the pressure in the two chambers of each cylinder. This improves the pneumatic stiffness of

the cylinders remarkably. Secondly, considering the effects of friction and movement acceleration of the

cylinder, a compensating variable bang-bang controller is presented to control the cylinders’ movement and

keep the merits while eliminating the oscillation. The experimental results prove that the two approaches can

effectively improve the system’s stiffness and control its quality.

Secondly, a new real-time operation control system was adapted to the Sky Cleaner IV so that the operating

safety and efficiency is higher remarkably, as shown in Fig. 2

Schlagwörter:

Climbing robots

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Abb. 2

Zhang, H.; Wang, W.; Zong, G.; Zhang, J.: Real-time Control Realization of a New Pneumatic Climbing

Robot, Proceeding of 2008 IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA 2008),

Singapore, 3-5 June, 2008

Zhang, H.; Wang, W.; Yu, W.; Zhang, J: High Stiffness Pneumatic Actuating Scheme and Improved Position

Control Strategy Realization of a Pneumatic Climbing Robot, Proceeding of IEEE Robio2008, Bangkok,

Thailand, Dec. 2008 (in press)

2.3 Flexible mobile robot JL-I

Zhang, Houxiang, Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit 1/2006

73


ISR - TAMS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Projektbeschreibung:

74

Since 2006, we have been designing the modular reconfigurable mobile robotic system JL-I, as shown in Fig.

3. First we worked on its locomotion capability, which is the lowest basic functionality of robot systems for

urban search and rescue applications.

This year, we have been concentrating on the force cooperation between robots which can enhance the

mobility of robots in the field. To reveal how force cooperation enhances the terrain adaptability of JL-1 and

to discover the limits of the current reconfiguration mechanism, we analyzed the forces arising between

robots during force cooperation. By examining one typical, flexible force cooperation, the docking action, we

deduce the self-aligning conditions of the current docking mechanism, which is useful to improve the

mechanism and clarify the demands on the docking guidance sensors. The static analysis of the postureadjusting

mechanism yields the force amplifying feature and the drivable workspace of this motorized

spherical joint consisting of a parallel and serial mechanism. The analysis also explains why some

locomotion types of JL-1 are performed the way they are. After that, a series of onsite experiments confirm

the abilities of the locomotion performance and the force cooperation of JL-1.

Schlagwörter:

Mobile robot

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Abb. 3

Zhang, H.; Wang, H.; Zong, G.; Zhang, J.: A Novel Modular Mobile Robot Prototype for Urban Search and

Rescue, One Chapter in Book of "Service Robotics Applications", Ed. Y. Takahashi, pp.213-234, I-Tech

Education and Publishing. 2008

Wang, W.; Zhang, H.; Zong, G.; Deng, Z.: A Reconfigurable Mobile Robots System Based on Parallel

Mechanism, One Chapter in Book of "Parallel Manipulators", pp.347-362, 2008

2.4 Modular robot

Zhang, Houxiang, Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit 1/2005

Projektbeschreibung:

Since 2005, Ph.D Houxiang Zhang has been working on low-cost passive modular robots. The Y1 modular

robot with one DOF in Fig. 4, was designed by the project partner Juan Gonzalez-Gomez in 2004 as the first

prototype. Using this prototype, the minimal configurations for movement were studied. Then two eightmodule

robots were built for further research purposes. One is a pitch-connecting modular robot and the

other a pitch-yaw connecting robot. Based on Y1, the following project was aimed at developing a real lowcost,

robust, fast-prototyping modular robot with an onboard controller and sensors and a friendly easy-to-use

programming environment for testing and evaluating inspired technology. We have been improving GZ-I

since 2006. One module is about 80 mm long, 50 mm wide and 50 mm high, as shown in Fig. 5. It consists of

six mechanical parts, a RC servo and an electrical controller with enough input and output resources. GZ-I

features the following aspects:

1) Low-cost mechanical design with only six parts in aluminum making up a strong module;


AB Technische Aspekte Multimodaler Systeme TAMS - ISR

2) Simple robust modules assembling manually and quick-to-build, easy-to-handle design;

3) Four faces for interconnecting modules to implement pitching and yawing movements and two crossed

connecting modes so that the system can be extended to build different kinds of inspired robots

4) Onboard controller and sensors completing the system and making sensor-servo-based active perception of

the environment possible.

Schlagwörter:

Modular robot

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Abb. 4 Y1 modular robot and first try on climbing at TAMS

Abb. 5 GZ-I modular robot and system integration

Zhang, H.; Xie, Z.; Gonzalez-Gomez, J.; Zhang, J.: Embedded Intelligent Capability of a Modular Robotic

System, Proceeding of IEEE Robio2008, Bangkok, Thailand, Dec. 2008 (in press)

Li, Y.; Chen, S.; Zhang, H.: A Configuration Based on Module GZ-I: Four Legged Robot, Proceeding of

IEEE Robio2008, Bangkok, Thailand, Dec. 2008. (In press) (Ph.D Houxiang Zhang as the corresponding

author)

Zhang, H.; Gonzalez-Gomez, J.; Xie, Z.; Cheng, S.; Zhang. J.: Development of a Low-cost Flexible Modular

Robot GZ-I, Proceeding of 2008 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent

Mechatronlics, Xi'an, China, 4 - 7 June, pp.223-228, 2008

2.5 Climbing caterpillar robot

Zhang, Houxiang, Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit 9/2006

Projektbeschreibung:

Based on the investigation of the movement mechanism of natural caterpillars (Fig.6), we combine climbing

techniques with the idea of a modular robot to propose an inspired multifunctional modular climbing

caterpillar, which is capable of:

Walking and climbing not only on rugged terrain but also on the vertical surfaces and ceilings on the inside

of buildings;

Locomotion capacities including pitching, yawing, lateral shift, and rotating;

Sensor-servo-based active perception of the environment.

The last decade has seen an increasing interest in developing and employing climbing mobile robots for

industrial inspection, conducting surveillance, and urban search and rescue. Because of their portability, wide

usage and less potential danger involved, mini-climbing robots are more attractive and promising than their

bigger counterparts for applications such as inspection and monitoring. Traditional climbing robots which are

relatively big and heavy, rely on complex kinematics models of the system itself as well as an equally

complex model of the environment with which it interacts. However, existing approaches do not allow future

systems to adapt to new surroundings and tasks successfully and quickly.

75


ISR - TAMS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

76

The goal of this research is to develop a flexible bio-inspired mobile robotic platform featuring an easy-tobuild

mechanical structure, a low-frequency vibrating passive attachment principle and various locomotion

capabilities. The proposed robotic caterpillar will be endowed with a novel control hierarchy with different

levels. We will implement new biologically inspired approaches on the system and improve the flexibility of

robotic systems.

Schlagwörter:

Inspired robot, climbing robot

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Abb. 6

Zhang, H.; Wang, W.; Zhang, J.: Biological Inspirations for the Design of Climbing Robotic Caterpillars,

Submit to 2008 Sino-European Workshop on Intelligent Robots and System, Chongqing, China

Wang, W.; Zhang, H.; Wang, Y.; Wang, K.; Zhang. J.: Analysis of the Kinematics of Module Climbing

Caterpillar Robots, Proceeding of 2008 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent

Mechatronlics, Xi'an, China, 4 - 7 June, pp.84-89, 2008 (Best Conference Paper)

Wang, W.; Wang, Y.; Qi, J.; Zhang, H.; Zhang, J.: The CPG Control Algorithm for a Climbing Worm Robot,

Proceeding of 2008 IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA 2008),

Singapore, 3-5 June, 2008

Wang, K.; Wang, W.; Li, D.; Zhang, H.; Zhang. J.: Analysis of Two Vibrating Suction Methods, Proceeding

of IEEE Robio2008, Dec. 2008, Bangkok, Thailand (in press)

2.6 3D Wahrnehmung und Interaktion mit der Umgebung für humanoide Roboter

Klimentjew, Denis, Dipl.-Inf.; Jockel, Sascha, Dipl.-Inform; Zhang, Jianwei, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

3/2008 bis 9/2008

Projektbeschreibung:

In der Robotik, besonders im Bereich humanoider Roboter, bilden die Stereokamerasysteme nach wie vor

eine der wichtigsten Schnittstellen des Roboters zur Außenwelt. Der Vorteil dieser Systeme liegt in der

Möglichkeit, die Umwelt wahrzunehmen und auf Ereignisse gezielt zu reagieren. Dabei stellt der Verlust der

Tiefeninformation bei der Bildaufnahme einen der größten Nachteile dieser Systeme dar. Kann die Tiefe

rekonstruiert werden, bietet ein Stereokamerasystem eine ausreichende Menge an Daten, um die Navigation

und Interaktion mit der Umgebung des Roboters zu realisieren.

Im vorliegenden Projekt wurden anhand der Tiefeninformation die Möglichkeiten der Lokalisierung und

Kollisionsvermeidung für den humanoiden Roboter HOAP-2 untersucht. Die Tiefeninformation wird durch

die 3D Rekonstruktion aus den Daten des Stereokamerasystems bestimmt. Dadurch wird es möglich, jedem

Objekt einer Szene eine eindeutige Position im Raum zuzuordnen. Darauf basierend werden die Landmarken

detektiert und ihre relativen Positionen in Bezug auf den Roboter berechnet. Anschließend wird der Roboter

anhand der vorhandenen Daten, also der absoluten Positionen der Landmarken im Raum, lokalisiert. Im

nächsten Schritt kann eine bevorstehende Kollision erkannt und vermieden werden.


AB Technische Aspekte Multimodaler Systeme TAMS - ISR

Abb. 7

Schlagwörter:

Stereo Vision; 3D Rekonstruktion; Echtzeit; Lokalisierung; Kollisionsvermeidung

Publikationen aus dem Projekt:

Klimentjew, D.; Stroh, A.; Jockel, S.; Jianwei, Z.: Real-Time 3D Environment Perception for Navigation of

Small Humanoid Robots, Proceedings of the 2008 IEEE International Conference on Robotics and

Biomimetics (ROBIO 2008), Bangkok, Thailand, Feb. 22-25, 2009

2.7 Entwicklung eines robotischen Multifusionssystems zur Objekt Erkennung und Modellierung

Klimentjew, Denis, Dipl.-Inf.

Laufzeit des Projektes:

10/2008

Projektbeschreibung:

Das Projekt basiert auf dem Projekt: „Visuell geführtes Greifen von Alltagsgegenständen“, dessen Kern die

Berechnung von Griffen mittels selbstbewertenden Lernens bildet. Dabei wurden die Griffe bezogen auf ein

modelliertes Objekt berechnet und ein Gütemaß entwickelt, dass es erlaubt, einen Griff in Bezug auf

verschiedene Kriterien wie z.B. Kraft oder Stabilität zu bewerten.

In diesem Projekt sollen durch die Multisensorfusion aus Daten des Laserscanners und Stereokamerasystems

Objekte erkannt und modelliert werden. Dabei sind die Form, Farbe sowie die Position der Objekte im Raum

besonders wichtig. Sind die Objekte von der Umgebung abstrahiert, können diese durch die Lernalgorithmen

anhand bestimmter Merkmale wie Form, Farbe, etc. erkannt werden. Somit wäre der Serviceroboter in der

Lage, seine Umgebung selbständig zu erforschen oder nach bestimmten Gegenständen zu suchen. Wird das

Objekt gefunden, kann der Roboter nach einer Position suchen, die es erlaubt das Objekt zu greifen. Durch

kalkulierte Griffe kann das bestmögliche Greifen realisiert werden.

In der ersten Projektphase wurden der Laserscanner und die gelieferten Daten unter qualitativen

Gesichtspunkten betrachtet sowie mehrere Entwürfe einer Rotationsplattform untersucht. Im Weiteren

wurden einige theoretische Ansätze der Multisensorfusion ausgearbeitet und zur Implementierung

vorbereitet.

Schlagwörter:

Objekterkennung; Objektmodellierung; Multisensorfusion; Laserscanner; Stereokamerasystem; Greifen

77


ISR - TAMS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

2.8 Nanomanipulation

78

Wolter, Boris; Schütz, Bernd, Dipl.-Inform.; Zhang, Jianwei, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit 2003

Projektbeschreibung:

Nano-Manipulation am AB TAMS bedeutet die Steuerung der Messung physikalischer Größen von Proben

im Nanobereich durch präzise Platzierung bzw. Bewegung der Mikroskop-Spitze über der Probe und gezielte

Force-Feedback unterstützte Manipulation einer Probe mittels pick-and-drag-and-place von Nano-Objekten

unter visueller und haptischer Kontrolle. Um dieses zu erreichen, müssen bestehende Lücken zwischen Datenaufnahme,

Bildverarbeitung, 3D-Visualisierung sowie Virtual- und Augmented Reality (VR/AR) in dem

bestehenden Kontext geschlossen werden. Mit dem an der University of North Carolina (UNC) at Chapel

Hill in interdisziplinärer Zusammenarbeit entwickelten NanoManipulator wurde seinerzeit ein erfolgreicher

Ansatz hierfür präsentiert. Dieser NanoManipulator bildet die Ausgangsbasis für die weiteren Forschungsaktivitäten

des AB TAMS auf dem Gebiet der Nanomanipulation, die in Zusammenarbeit mit

anderen Arbeitsbereichen innerhalb der Informatik und in interdisziplinärer Kooperation mit dem

Department Physik durchgeführt werden. Der NanoManipulator stellt die Grundlage für ein komfortables

Benutzerinterface zu den hochauflösenden Tieftemperatur-Mikroskopen der Gruppe um Prof. Wiesendanger

dar. Die Kombination von NanoManipulator und UHV-STM (Ultra High Vacuum-Scanning Tunneling

Microscope) ist die Grundlage für automatisierte Manipulation auf

atomarer Ebene.

Das Department Informatik verfügt über ein an den

NanoManipulator gekoppeltes Raumtemperatur-AFM (Atomic

Force Microscope), welches Contact sowie non-Contact Messmodi

bereitgestellt. Damit wird prinzipiell die Möglichkeit eröffnet,

Manipulationen an Nanotubes auf HOPG (Highly Ordered

Pyrolytic Graphite) zu demonstrieren.

Das System stellt die Plattform am Department Informatik für die

weiteren Untersuchungen und Entwicklungen mit dem Ziel der

Automatisierung der Nanomanipulation dar. Die Arbeiten zur

Entwiclung eines Werkzeugs, das die komfortable Entwicklung

von Manipulationsskills ermöglichen soll, wurden fortgesetzt. Das

Werkzeug stellt eine Auswahl an Grundfertigkeiten zur

Manipulation bereit, aus denen interaktiv komplexere Skills

entwickelt und getestet werden können. Auf diese Weise

entwickelte und validierte Routinen sollen als wiederverwendbare

Skills in einer Bibliothek gesammelt werden.

Im Berichtsjahr wurden Arbeiten begonnen, um autonome Mess-

und Manipulationsverfahren bei Rastertunnelmikroskopen zu unterstützten. Basierend auf einer

Planungskomponente wird der Ablauf simulativ validiert und darauf aufbauend dann ggf optimiert.

Schlagwörter:

Nanomanipulation; Nanotechnologie; NanoManipulator; Benutzerinterface; haptische Eingabegeräte; Mikroskopie

Drittmittelprojekte

2.9 Projekt EUROPRACTICE

Zhang, Jianwei, Prof. Dr; Mäder, Andreas, Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit 1990

Abbildung 8: TAMS-Logo mittels

Rasterkraftmikroskop in eine Au-

Probe im autonomen Modus

eingeritzt. Abmessungen: + 7μm x

7 μm, Linienbreite ca. 120 nm,

Tiefe ca. 15 nm.


AB Technische Aspekte Multimodaler Systeme TAMS - ISR

Projektbeschreibung:

Dieses europaweite Verbundprojekt der EU soll die daran beteiligten Hochschulen in die Lage versetzen, den

Bereich „Entwurf sehr hoch integrierter Schaltungen“ auf einem in den USA bzw. in Japan üblichen

wissenschaftlichen Standard zu halten. Dazu werden insbesondere die sehr hohen Kosten für die EDA-

Werkzeuge und Chipfertigung finanziert; darüber hinaus auch Geräte, Personal, Schulung und Reisen. Um

spezielle Hochschulkonditionen zu erhalten und um Lizensierungs- und Geheimhaltungsprobleme zu

vermeiden, werden alle Ressourcen in EUROCHIP/EUROPRACTICE zentral beschafft bzw. verwaltet und

den einzelnen Hochschulen im Rahmen spezieller Verträge zugänglich gemacht. Diese spezielle

Drittmittelform bringt es mit sich, dass der Universität anstatt „Geld“ direkt die „Ware“ zugeht. Der

kommerzielle Gegenwert für einige solcher „Waren“ beträgt laut Angaben aus der EU: Für zwei Software-

Pakete 650.000 €, für Chipfertigung 50.000 € sowie für Geräte 65.000 €. Zusammen mit den weiteren

Softwarepaketen und den ständigen Ergänzungen und Up-Dates (ca. 30 pro Jahr) machen diese Sachwerte in

der Summe über 1 Mio. € aus. Es muss betont werden, dass der Wert solcher „Ware“ die Finanzkraft der

Universität bei weitem überschreitet, gleichwohl durch sie aber angemessene Forschung und Lehre erst

möglich wird. Im Rahmen dieses Vertrages hat sich die Universität verpflichten müssen, einen

wissenschaftlichen Mitarbeiter speziell für dieses Projekt neu einzustellen (was auch geschah), der die

Forschung und Lehre auf diesem Fachgebiet durch systematische Pflege dieses Instrumentariums sichern

hilft.

Schlagwörter:

EUROPRACTICE; VLSI-Design; Hardware-Beschreibungssprache VHDL; High-Level-Synthese

Finanzierung:

Geldgeber: EG/EU (EUROPRACTICE)

Laufzeit der Förderung: Seit 1990

Sachmittel: mehr als € 1.000.000 (siehe obigen Text)

Personalmittel: € 80.000

2.10 Intelligente präzise Vision-Systeme zur Unterstützung von Service-Robotern – (IVUS)

Bistry, Hannes, Dipl.-Inform. (bis 12/2009); Mäder, Andreas, Dr.; Zhang, Jianwei, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

4/2006 bis 12/2009

Projektbeschreibung:

Im Rahmen des Projektes IVUS sollen intelligente Kamerasysteme, im folgenden Smart-Kameras genannt,

für den Einsatz in Service-Robotern entwickelt und evaluiert werden.

Leistungsfähige Sichtsysteme sind entscheidend für die Praxistauglichkeit von mobilen Servicerobotern. Die

Verarbeitung von Bilddaten, insbesondere bei hoher Auflösung, ist sehr rechenintensiv und übersteigt oft die

Kapazitäten der verwendeten Computersysteme. Folgen sind eine mögliche Beeinträchtigung anderer

Funktionseinheiten des Robotersystems sowie eine hohe Verarbeitungszeit, wodurch die Reaktionszeit des

Robotersystems auf Ereignisse in der Umgebung beeinträchtigt wird. Dieses Problem soll im Rahmen des

IVUS-Projekts durch die Auslagerung der Bildverarbeitungsfunktionen direkt auf Smart-Kameras

angegangen werden. Die Smart-Kameras vereinen ein dediziertes Computersystem und Kamerahardware

direkt in einem Gehäuse und sind somit auch bei beschränkten räumlichen Gegebenheiten einsetzbar. Die

Basler AG ist für die Entwicklung der Kamerahardware zuständig, am Arbeitsbereich TAMS erfolgt die

Softwareentwicklung sowie Test und Integration auf der Roboterplattform TASER.

Im Verlauf des Jahres 2008 wurden mehrere Bildverarbeitungsalgorithmen (Gesichtsdetektion,

Bewegungsanalyse, SIFT-Feature Erkennung) auf die Kamerahardware portiert und in robotikspezifischen

Szenarien evaluiert. In Zusammenarbeit mit der Basler AG wurden Konzepte für eine zukünftige

Kamerageneration entworfen, die die Erfahrungen aus den durchgeführten Untersuchungen einbezieht.

Ebenfalls erfolgten Arbeiten an einer Benutzerschnittstelle zur grafischen Konfiguration des Kamerasystems.

Schlagwörter:

Bildverarbeitung, 3D-Vision, Omnivision, Servicerobotik

79


ISR - TAMS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Publikationen aus dem Projekt:

80

Mäder, A.; Bistry, H.; Zhang, J.: Intelligent Vision Systems for Robotic Applications, International Journal

of Information Acquisition, World Scientific Publishing Company, Vol. 5, No. 3, 2008

Bistry, H.; Poehlsen, S.; Westhoff, D.; Zhang, J.: Development of a Smart Laser Range Finder for an

Autonomous Service Robot, IEEE International Conference on Integration Technology (ICIT), Shenzen,

China; März 2007

Bistry, H.; Westhoff, D.; Zhang, J.: A smart interface-unit for the integration of pre-processed laser range

measurements into robotic systems and sensor networks, IEEE/RJS 2007 International Conference on

Intelligent Robots and Systems, San Diego, USA; Oktober 2007

Mäder, A.; Bistry, H.; Zhang, J.: Towards intelligent autonomous Vision Systems -- Smart Image Processing

for Robotic Applications, IEEE/RJS 2007 International Conference on Robotics and Biomimetics, Sanya,

China; Dezember 2007

Zhang, J.; Mäder, A.: Intelligente präzise Vision-Systeme zur Unterstützung von Service-Robotern – (IVUS),

BMBF-Statustagung, Berlin, Nov. 2006

Finanzierung:

Geldgeber: BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung),

Basler AG

Laufzeit der Förderung: 4/2006 bis 12/2009

Sachmittel: € 23.100

Personalmittel: € 186.000

2.11 DAAD PPP – Gemeinsames Forschungsprojekt Deutschland//Hongkong "Recurrent Neural Network

Approaches to Real-time Motion Control and Obstacle Avoidance for Kinematically Redundant

Manipulators"

Weser, Martin, Dipl.-Inform.; Zhang, Jianwei, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

1/2007 bis 12/2008

Projektbeschreibung:

Kinematically redundant manipulators are those having more degrees of freedom than required for given

locomotion and manipulation tasks. They can be used in robot surgery, dexterous manipulation, robot

exploration and rescue applications if they can be programmed for avoiding obstacles, singularity, and

optimizing various performance criteria in addition to tracking desired end-effector trajectories. Of those

versatile applications of redundant manipulators, obstacle avoidance is extremely important for successful

motion control when obstacles exist in the work space. The real-time obstacle avoidance problem in robotic

motion control is concerned with determining the joint variables of a kinematically redundant manipulator in

real-time to follow the desired trajectory accurately without any collision with obstacles in the workspace.

Numerous efforts have been made on using redundant manipulators for motion control and obstacle

avoidance. One class of approaches to obstacle avoidance for redundant manipulators is based on high-level

motion planning by means of roadmaps, cell decomposition, or mathematical programming. This class of

methods is most suitable for avoiding fixed obstacles in known structured work environments. For obstacle

avoidance in uncertain or dynamic environments, low-level local motion control in real-time is necessary.

The popular methods for real-time obstacle avoidance employ the pseudoinverse for obtaining a general

solution at velocity level, which contains a minimum 2-norm solution and a homogeneous solution. The

artificial potential method was first developed to control robots in the presence of obstacles. However, the

use of this approach is limited due to the existence of local minima and its inability to handle arbitrarily

shaped obstacles. The Jacobian matrix was augmented to fully constrain the system by including constraints

for collision avoidance. This method may induce algorithmic singularity to make solutions infeasible. The

intensive computation in the construction of the distance function rules out a real-time application of this

method.

To perform successful robotic manipulations in dynamic or uncertain environments, it is highly desirable to

determine the optimal motion of the manipulators in real-time from an infinite number of feasible

configurations that satisfies the trajectory following constraints and obstacle avoidance constraints. Such a

real-time optimization process entails extremely extensive on-line computation. Parallel and distributed

approaches to real-time obstacle avoidance are deemed necessary as well as desirable. Neural networks are

thus more suitable for such an application. As parallel and distributed computational models, neural networks

can serve as local co-processors for real-time motion planning and control. In the proposed project, recurrent


AB Technische Aspekte Multimodaler Systeme TAMS - ISR

neural networks are to be developed for the real-time motion planning and control with obstacle avoidance.

Based on the previous results on recurrent neural networks for optimization and robot kinematic control, the

proposed research will focus on the analysis, design, simulation of and experimentation on recurrent neural

networks for real-time motion control and obstacle avoidance for kinematically redundant manipulators. The

proposed recurrent neural networks are conceived to be capable of real-time motion planning and control in

uncertain and dynamic environments.

The main objectives of this project include the following:

• To develop or improve the problem formulation of obstacle avoidance for kinematically redundant

robot manipulators

• To develop or improve recurrent neural network models for motion control and obstacle avoidance

• To perform simulations or experiments of the robot motion control system based on neural networks

Schlagwörter:

Recurrent neural networks, robot motion control, obstacle avoidance

Finanzierung:

Geldgeber: DAAD

Laufzeit der Förderung: 1/2007 bis 12/2008

Sachmittel: --

Personalmittel: € 9.800

2.12 CINACS-Graduiertenkolleg: Projekt Development of grounded multimodal memory in robots

Weser, Martin, Dipl.-Inform; Jockel,Sascha, Dipl.-Inform; Zhang, Jianwei, Prof. Dr.

Details: s. CINACS Beschreibung im Abschnitt Graduiertenkollegs

2.13 Humanoid Navigation in a miniature city by using formal route instructions

Elmogy, Mohammed, MSc; Habel, Christopher, Prof. Dr.; Zhang, Jianwei, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit 11/2006

Projektbeschreibung:

Autonomous robot navigation is becoming an increasingly important research topic for mobile robots. In the

last few years, significant progress has been made towards stable robotic bipedal walking. This is creating an

increased research interest in developing autonomous navigation strategies which are tailored specifically to

humanoid robots. Efficient approaches to perception and motion planning, which are suited to the unique

characteristics of biped humanoid robots and their typical operating environments, are receiving special

interest.

In this project, we present an online motion planning system for a Fujitsu HOAP2 humanoid robot. The robot

motion is planned by using a route topological map which is generated from formal route instructions. These

instructions are supplied by the user to describe the desired navigation task. The motion planning is

implemented by sequential processing for topological map segments and is updated online by using

humanoid robot stereo vision.

The Fujitsu HOAP-2 Humanoid is used to execute the navigation task in the miniature city. This robot is 50

cm high and it weighs 7 kg. It is a 25 DOF Robot. It is also supplied with 2 non-synchronized CMOS

cameras which can capture the video stream with 25 fps and 320x240 QVGA. The robot can be controlled in

two different ways: wired or wireless.

The aim of this project is to describe the navigation route in a simple and efficient way and also to recognize

the different types of the landmarks in real time during the navigation task execution.

81


ISR - TAMS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Schlagwörter:

82

Abb. 9: Humanoid HOAP

Robot Navigation; route description; motion planning, stereo vision

Publikationen aus dem Projekt:

Elmogy M.; Habel, C.; Zhang J.: Robot topological map generation from formal route instructions,

Proceedings of the 6th international cognitive robotics workshop at 18th European conference on

artificial intelligence (ECAI), Patras, Greece, 2008

Elmogy M.; Zhang J.: Robust real-time landmark recognition for humanoid robot navigation, Proceedings of

the 2008 IEEE international conference on robotics and biomimetics (ROBIO), Bangkok, Thailand, 2008

Finanzierung:

Geldgeber: Ägyptische Regierung

Laufzeit der Förderung: 11/2006 bis 10/2010

Sachmittel: € 5.900

Personalmittel: € 99.900

2.14 MING-T: Multistandard Integrated Network Convergence for Global Mobile and Broadcast

Technologies

Zhang, Jianwei, Prof. Dr; Hendrich, Norman, Dr.; Chen, Hua, Dr. (3/2008-8/2008); Wang, Wei, Dr. (ab

9/2008)

Laufzeit des Projektes:

1/2007 bis 3/2009

Projektbeschreibung:

Aufbauend auf Fortschritten in der digitalen Nachrichtenübertragung erfolgt derzeit in vielen Ländern die

Umstellung der analogen Fernsehnetze auf digitale Verfahren. Dabei konzentriert sich die Entwicklung

zunehmend auf handliche mobile Empfänger bzw. auf die Integration von Fernsehempfang in Mobiltelefone

und Smartphones. Trotz des Entwicklungsvorsprungs des in Europa entwickelten Standards DVB-H (Digital

Video Broadcasting for Handhelds) ist eine weltweite Verbreitung des Systems aus politischen und

nationalen Interessen zunehmend unwahrscheinlich. China, mit jetzt über 500 Millionen Teilnehmern bereits

der größte nationale Markt für Mobilfunk, arbeitet mit Nachdruck an der Einführung des eigenen Standards

DTMB für terrestrisches digitales Fernsehen und einer Erweiterung für mobilen Empfang.

Ziel des Projekts MING-T ist die Entwicklung einer Systemarchitektur und der Softwarekomponenten zur

Integration der beiden europäischen Verfahren für mobiles Fernsehen (DVB-H und DAB/T-DMB) mit dem

chinesischen Standard DTMB. Neben dem reinen Fernsehempfang werden auch IP-basierte Datendienste

berücksichtigt. Zusammen mit einem Rückkanal über GSM/UMTS-Mobilfunknetze oder WLAN/Mobile-IP

entsteht das Integrierte Netzwerk, dass neben interaktivem Fernsehen auch eine Vielzahl von neuen

Nutzungsmöglichkeiten bietet: Premiumdienste, pay-per-view, location-based services.

Als Projekt-Koordinator übernimmt der Arbeitsbereich TAMS die Gesamtverantwortung für das Projekt und

die Führung des Konsortiums aus fünf europäischen und vier chinesischen Partnern. Der Schwerpunkt der

Forschungsarbeiten lag 2008 auf der Implementierung und Verfeinerung der im ersten Projektjahr

konzipierten Empfänger-Middleware, die für die Integration der verschiedenen Funkstandards sorgt. Parallel

dazu lief der Aufbau des Projekt-Testbeds an der Tsinghua Universität, wo Anfang 2009 die Experimente zur

Demonstration der Anwendungsszenarien und die Validierung der Software erfolgen werden. Für weitere

Details sei auf die Projekt-Webseite www.ming-t.eu/ verwiesen.


AB Technische Aspekte Multimodaler Systeme TAMS - ISR

Schlagwörter:

Mobile Digital Television, Digital Broadcasting, Network Convergence, DVB-H, DTMB, DAB/T-DMB

Publikationen aus dem Projekt:

Du, H.; Conci, N.; Hendrich, N.: Supporting Scalable Multimedia Streaming over Converged DVB-H and

DTMB Networks, IEEE ICC 2008, Beijing, China, May 19-23, 2008

Hendrich, N; Zhang, J., The MING-T approach to multi-standard network convergence, Proc. MOBIMEDIA

2008, Oulu, Finland, July 07-09, 2008

Hendrich, N.; Zhang, J.: Multistandard Integrated Network Convergence for Mobile and Broadcast

Technologies, Proc. CHINACOM 2007 Conference, Shanghai, China, August 22-24, 2007

Hendrich, N.; Zhang, J.; Yang, X.; Fu, Xiaoming; Zhang, Yaolong; Conci, Nicola; O'Brien, Jerry; Song, Jian;

Wang, Hui: D1.2 Generic Design Guidelines, Project Report, 8/2007

Conci, N.; Wang, J.: D3.6 - Final Solution for Scalable and Adaptive Coding, Project Report, 6/2008

Long, L; Gu, L.; Wei, L.; Li, H.: D2.5 - Final design of mobile-broadcast convergence in terminals, Project

Report, 7/2008

Wowra, J-P., Lei, J.; Ammazzalorso, F.; Fu, X.; Dagorne, N., Auffray, P.; Wang, Y.; Yang, F., Long, L.;

Song, J., Xue, Y., Ma, Y.; Hendrich, N.: D3.5, Final Solution of Seamless Handover betwee Mobile

Technologies, Project Report, 11/2008

Song, Y.; Hendrich, N.; Yang, F., Du, H., Wang, J., Gu L.; Wowra, J.-P., Wang, Hl; Zhao K.: D2.4 - Final

specification of middleware and API, Project Report, 12/2008

Finanzierung:

Geldgeber: EU (IST-045461)

Laufzeit der Förderung: 1/2007 bis 3/2009

Sachmittel: € 116.400

Personalmittel: € 172.200

2.15 HANDLE Developmental pathway towards autonomy and dexterity in robot in-hand manipulation

Zhang, Jianwei, Prof. Dr.; Hendrich, Norman, Dr.; (voraussichtlich) Weser, Martin

Laufzeit des Projektes:

2/2009 bis 1/2013

Projektbeschreibung:

The HANDLE project aims at understanding how humans perform the manipulation of objects in order to

replicate grasping and skilled in-hand movements with an anthropomorphic artificial hand. The goal is to

evolve robot grippers from current best practice towards more autonomous, natural and effective articulated

hands. The project will focus both on technological developments and fundamental multidisciplinar research

in order to endow the proposed robotic hand with advanced perception capabilities, high-level feedback

control, and elements of intelligence that allow recognition of objects and context.

The proposed approach integrates research from neuroscience, developmental psychology, cognitive science,

robotics, multimodal perception and machine learning. The methods to be developed will be based on an

original blend of learning and predicting behaviours from imitation and "babbling" to allow the robot to be

capable of responding to gaps in its knowledge. The affordances of an object, not just the geometrical and

physical properties, but also the potential uses it provides, will be taken into account to tailor in-hand

manipulation in accordance with the intended action.

Schlagwörter:

Grasping, dextrous; manipulation; machine learning; perception, multimodal

Publikationen aus dem Projekt

Project starts 2/2009

Finanzierung:

Geldgeber: EU (IST-231640)

Laufzeit der Förderung: 2/2009 bis 1/2013

Sachmittel: € 101400

Personalmittel: € 453600

83


ISR - TAMS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

2.16 Improvement of the Combination Rules of the D-S Evidence Theory Based on Dealing with the

Evidence Conflict

Miao, Yanzi; Houxiang, Zhang, Dr.

Laufzeit des Projektes:

1/2008 bis 10/2008

Projektbeschreibung:

This project's aim is to improve the combination rules for the Dempster-Shafter (D-S) Evidence Theory for

resolving the problem of evidence conflicts and to provide the mathematical proofs for these rules. The

improved rules allocate the conflicts to various focal elements according to the credibility of the coherence

evidence. We adopt the AND-algorithm to combine the coherence evidence, which reflects the intersection of

focus elements. Our theoretical analysis and numerical examples prove that the given rules are rational and

effective for both highly conflicting and coherent evidence.

We also carried out some experiments on gas outburst prediction using the improved combination rules for

the D-S Evidence Theory, and the results reflected the improved rules could deal with coherent or incoherent

evidence obtained from multiple sources better than the other methods, and on the grounds of this method we

can make a more reasonable decision on the prediction.

To analyze fuzzy data in uncertain evidential reasoning, some researchers have recently extended the D-S

evidence theory to fuzzy sets. But there are some insufficiencies in the definition of the fuzzy belief function

and the combination rule on fuzzy sets of the D-S evidence theory. We give a new definition of the similarity

degree between two fuzzy sets and the improved extension combination rule of the evidence theory on fuzzy

sets. The corresponding mathematical proof is also given to validate the improved combination rule.

Compared with other generalizing combination rules, the results of the numerical experiments show that the

new combination rule can acquire information on the change of fuzzy focal elements more effectively, and it

overcomes the insufficiencies of other existing combination rules and effectively enhances the robustness of

fusion decision systems

Schlagwörter:

84

Information fusion, multi-modal; D-S Evidence Theory

Finanzierung

Geldgeber:

Laufzeit der Förderung: 8/2007 bis 10/2008

Sachmittel: ---

Personalmittel: € 15.000

Publikationen aus dem Projekt:

National Natural Science Foundation of China

Miao, Y.; Zhang, H. Ma, X.; Zhang, J.: Improvement of the Combination Rules of the D-S Evidence Theory

Based on Dealing with the Evidence Conflict, Proceeding of 2008 IEEE International Conference on

Information and Automation (ICIA2008), June20-23, Zhangjiajie, Hunan, China, pp.331-336, 2008.

(Candidate for Best Student Paper)

Miao, Y.; Ma, X.; Zhang, H.; Zhang, J.; Zhao, Z.: An Improved Extension of D-S Evidence Theory to Fuzzy

Sets, The 3rd International Multi-Conference on Computing in the Global Information Technology

(ICCGI 2008), July27-Aug.1, Athens, Greece, pp.148-153, 2008

Miao, Y.; Zhang, J.; Zhang, H.; Ma, X.; Zhao, Z.: Coal and Gas Outburst Prediction Combing a Neural

Network with the Dempster-Shafter Evidence, Proceeding of 5th International Symposium on Neural

Networks (ISNN 2008, part II, LNCS 5264), Sept. 24-28, Beijing, China, Springer Lecture Notes in

Computer Science: Advances in Neural Networks, pp.822-829, 2008

Ma, X.; Miao, Y.; Zhao, Z.; Zhang, H.; Zhang, J.: A Novel Approach to Coal and Gas Outburst Prediction

Based on Multi-sensor Information Fusion, Proceeding of 2008 IEEE International Conference on

Automation and Logistics (ICAL 2008), Sept. 1-3, Qingdao, China, pp.1613-1618, 2008

3. Publikationen und weitere Leistungen

Wissenschaftliche Publikationen im Berichtszeitraum

Chen, S.; Li, Y.F.; Zhang, J.; Wang, W.: Active Sensor Planning for Multiview Vision Tasks, Springer,

Heidelberg 2008 (Book)

Chen, S.; Conci, Li, Y.F.; Zhang, J.: Vision Processing for Realtime 3D Data Acquisition Based on Coded

Structured Light, IEEE Transactions on Image Processing, Vol. 17, No. 2, Feb. 2008, pp. 167-176


AB Technische Aspekte Multimodaler Systeme TAMS - ISR

Du, H.; Conci, N.; Hendrich, N.: Supporting Scalable Multimedia Streaming over Converged DVB-H and

DTMB Networks, Proceeding oft he IEEE International Conference on Communications (ICC 2008),

IEEE, New Jersey 2008, pp. 276-280

Elmogy M.; Habel, C.; Zhang J.: Robot topological map generation from formal route instructions, In M.

Ghallab, C.D. Spyropoulos, N. Fakotakis and N. Avouris (eds.), Proceedings of the 18th European

Conference on Artificial Intelligence (ECAI 2008), IOS Press, Amsterdam 2008, pp. 60-67

Elmogy M.; Zhang J.: Robust real-time landmark recognition for humanoid robot navigation, Proceeding of

the 2008 IEEE international conference on robotics and biomimetics (ROBIO 2008), IEEE, New Jersey,

pp. 354-359

Gan, T., Menzel, W.; Zhang, J.: Using the Tandem Approach for AF Classification in an AVSR System,

Proceeding oft the International Symposium on Neural Networks (ISNN 2008), Springer, Heidelberg

2008, pp. 830-839

Hendrich, N; Zhang, J., The MING-T approach to multi-standard network convergence, Proc. MOBIMEDIA

2008, Oulu, Finland, July 2008, 5 pages (online publication)

Hu, Y.; Zhang, J.; Li, Ch.; Cheng, Sh.; Zhang, J.: Safety Design of an Assisting Robotic Arm for Minimally

Invasive Thoracic Surgery, Proc. 2008 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics,

2008, pp.709-714

Jockel, S.; Lindner, F.; Zhang, J.: Sparse Distributed Memory for Experience-Based Robot Manipulation,

Proceedings of the 2008 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO 2008),

IEEE, New Jersey, pp. 1298-1303

Jockel, S.; Weser, M.; Westhoff, D.; Zhang, J.: Towards an Episodic Memory for Cognitive Robots, in M.

Ghallab, C.D. Spyropoulos, N. Fakotakis and N. Avouris (eds.), Proceedings of the 18th European

Conference on Artificial Intelligence (ECAI 2008), IOS Press, Amsterdam, 2008, pp. 68-74

Klimentjew, D.; Stroh, A.; Jockel, S.; Jianwei, Z.: Real-Time 3D Environment Perception: An Application

for Small Humanoid Robots, Proceedings of the 2008 IEEE International Conference on Robotics and

Biomimetics (ROBIO 2008), IEEE, New Jersey, pp. 354-359

Li, Y.; Zhang, H.; Chen, S.: A Four-Legged Robot Based on GZ-I Modules, in Proceedings of the 2008 IEEE

International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO 2008), IEEE, New Jersey, pp.921-926

(as the corresponding author)

Li, W., and Zhang, J.: Moth-Inspired Chemical Plume Tracing by Integration of Fuzzy Following-Obstacle

Behavior, in Proceedings of the IEEE WCCI 2008, IEEE, New Jersey 2008, pp. 2250-2255

Li, W., and Zhang, J.: Fuzzy Color Extractor Based Algorithm for Segmenting an Odor Source in Near Shore

Ocean Conditions, in Proceedings of the IEEE WCCI 2008 IEEE, New Jersey 2008, pp. 2256-2261

Liu, L., Rui, Y., Sun L., Yang, B., Zhang, J. and Yang, S.: Topic Mining on Web-shared videos, in

Proceeding of the IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP

2008), IEEE, New Jersey 2008 (Best Student Paper), pp. 2145 - 2148

Mäder, A.; Bistry, H.; Zhang, J.: Intelligent Vision Systems for Robotic Applications, International Journal

of Information Acquisition, World Scientific Publishing Company, 2008, Vol. 5, No. 3, pp 259-267

Ma, X.; Miao, Y.; Zhao, Z.; Zhang, H.; Zhang, J.: A Novel Approach to Coal and Gas Outburst Prediction

Based on Multi-sensor Information Fusion, Proceeding of 2008 IEEE International Conference on

Automation and Logistics (ICAL 2008), Qingdao, China, pp.1613-1618, 2008

Miao, Y.; Zhang, H. Ma, X.; Zhang, J.: Improvement of the Combination Rules of the D-S Evidence Theory

Based on Dealing with the Evidence Conflict, Proceeding of 2008 IEEE International Conference on

Information and Automation (ICIA2008), Zhangjiajie, Hunan, China, pp.331-336, 2008. (Candidate for

Best Student Paper )

Miao, Y.; Ma, X.; Zhang, H.; Zhang, J.; Zhao, Z.: An Improved Extension of D-S Evidence Theory to Fuzzy

Sets, The 3rd International Multi-Conference on Computing in the Global Information Technology

(ICCGI 2008), Athens, Greece, pp.148-153, 2008

Miao, Y.; Zhang, J.; Zhang, H.; Ma, X.; Zhao, Z.: Coal and Gas Outburst Prediction Combing a Neural

Network with the Dempster-Shafter Evidence, Proceeding of 5th International Symposium on Neural

Networks (ISNN 2008, part II, LNCS 5264), Beijing, China, Springer Lecture Notes in Computer

Science: Advances in Neural Networks, pp.822-829, 2008

Sun, F.; Zhang, J. (eds.): Proceedings of the Fifth International Symposium on Neural Networks (ISNN

2008), Springer, Heidelberg 2008

Wang, K.; Wang, W.; Li, D.; Zhang, H.; Zhang. J.: Analysis of Two Vibrating Suction Methods, in

Proceedings of the 2008 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics (ROBIO 2008),

IEEE, New Jersey, pp. 1313- 1318

Wang, L; Cheng, Sh.; Zhang, J.; Hu, Y.: Control of a Redundantly Actuated Power Line Inspection Robot Based

on a Singular Perturbation Model, proc. IEEE international conference of Robotics and Biomimetics, 2008,

pp.198-203

85


ISR - TAMS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

86

Wang, W.; Wang, Y.; Qi, J.; Zhang, H.; Zhang, J.: The CPG Control Algorithm for a Climbing Worm Robot,

Proceeding of 2008 IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA 2008), IEEE,

New Jersey 2008, pp. 675-679

Wang, W.; Zhang, H.; Wang, Y.; Wang, K.; Zhang. J.: Analysis of the Kinematics of Module Climbing

Caterpillar Robots, in Proceeding of 2008 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent

Mechatronics (AIM 2008), IEEE, New Jersey 2008, pp.84-89 (Best Conference Paper)

Wang, W.; Zhang, H.; Zong, G.; Deng, Z.: A Reconfigurable Mobile Robots System Based on Parallel

Mechanism, One Chapter in Book of "Parallel Manipulators", pp.347-362, 2008

Wei Wang, Houxiang Zhang, Guanghua Zong, Jianwei Zhang: Force Cooperation in a Reconfigurable Field

Multi-Robot System, Journal of Field Robotics, pp. 923-938, 2008

Weser, M.; Jockel, S.; Zhang, J.: Fuzzy Multisensor Fusion for Autonomous Proactive Robot Perception,

Proceedings of IEEE International Conference on Fuzzy Systems (FUZZ 2008) at IEEE World Congress

on Computational Intelligence (WCCI), Hong Kong, China, 2008, pp. 2262-2267

Zhang, H.; Gonzalez-Gomez, J.; Xie, Z.; Cheng, S.; Zhang. J.: Development of a Low-cost Flexible Modular

Robot GZ-I, in Proceeding of 2008 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent

Mechatronics (AIM 2008), IEEE, New Jersey 2008, pp.223-228

Zhang, H.; Wang, H.; Zong, G.; Zhang, J.: A Novel Modular Mobile Robot Prototype for Urban Search and

Rescue, in Y. Takahashi (ed.), Service Robotics Applications, I-Tech Education and Publishing, Vienna

2008, pp.213-234

Zhang, H.; Wang, W.; Zhang, J.: Biological Inspirations for the Design of Climbing Robotic Caterpillars, in

Proceedings of the 2008 Sino-European Workshop on Intelligent Robots and Systems (SEIROS’08),

Pacilantic International Limited, Colchester 2008, pp. 82-87

Zhang, H.; Wang, W.; Zong, G.; Zhang, J.: Real-time Control Realization of a New Pneumatic Climbing

Robot, in Proceeding of 2008 IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA 2008),

IEEE, New Jersey 2008, pp. 691-696

Zhang, H.; Xie, Z.; Gonzalez-Gomez, J.; Zhang, J.: Embedded Intelligent Capability of a Modular Robotic

System, in Proceedings of the 2008 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics

(ROBIO 2008), IEEE, New Jersey, pp. 2061-2066

Wissenschaftliche Vorträge

Bistry, Hannes:

16.06.2008,Intelligente Vision-Systeme zur Unterstützung von Service Robotern, Seminar zum Projekt

"Kopronet", Fachhochschule Westküste, Deutschland

Hendrich, Norman:

28.11.2008, Multi-standard network convergence - Ideas for future R&D, MODIBEC 2nd Overall

Priority Workshop, Brüssel

Jockel, Sascha:

09.09.2008, Sparse Distributed Memory for Robot Action Manipulation and Prediction, CINACS

Summer School 2008, University of Hamburg

Weser, Martin:

09.09.2008, Multisensory Memory Representations of Robot Actions, CINACS Summer School 2008,

University of Hamburg

Zhang, Jianwei:

27.1.2008: Plenary Speech, Networked, Intelligent Robots -- Engineering and Scientific Perspective.

International Symposium on Intelligent Robot Systems, Shenzhen

23.05.2008, Project MING-T Overview (Keynote), Digital Television and Mobile Multimedia

Broadcasting Workshop (DTMMB), IEEE ICC Conference, Beijing, China

28.10.2008, Multi-standard Integrated Network Convergence, for Global Mobile and Broadcast

Technologies, MODIBEC National Event, Beijing

20.6.2008, NUDT, Layered, incremental learning in intelligent systems, Changsha

22.9.2008 Visual and Contact-free Imitation Learning of Demonstrated Grasping Skills with Adaptive

Environment Modelling,Workshop on Learning by Imitation, International Conference on Intelligent

Robots and Systems (IROS), Nice

12.10.2008, Challenges of Cognitive Service Robotics, SIA Symposium

8.11.2008, Plenary Speech, IRT: Integration of ICT and Robotics, CASD Jahrestagung

11.12.2008, Plenary Speech, Bio-inspired Caterpillar Robots, SEIROS, 2008


AB Technische Aspekte Multimodaler Systeme TAMS - ISR

4. Wichtige weitere Aktivitäten

Mitarbeit in wissenschaftlichen außeruniversitären Gremien

Zhang, Jianwei:

Board Member, IEEE Robotics and Automation Society Conference Board

Ehrenvorsitzender, CASD (Chinese Academician and Student Association in Germany)

Vorsitzender, THAAG (Tsinghua Alumni Association in Germany)

Beirat, Hamburg China Gesellschaft e. V.

Associate editor, IEEE Robotics & Automation

Mitarbeit in universitären Gremien

Zhang, Jianwei:

Erweiterter Vorstand Department Informatik

Begutachtungstätigkeit

Zhang, Jianwei:

Deutsche Forschungsgemeinschaft

EU FET IST

Hong Kong Research Grant Council

IEEE Transactions on Robotics and Automation

Journal of Robotics and Autonomous Systems

Kongressorganisation/-ausrichtung durch Mitglieder der Departmenteinrichtung

Zhang, Jianwei:

Coordinator, CINACS Summerschool, Hamburg, September, 2008

General Co-Chair, 5th International Symposium on Neural Networks, Beijing, September, 2008

Publicity Chair, World Congress on Computational Intelligence (WCCI), 2008

Coordinator, CINACS Summerschool, Hamburg, September 2008

Programme Committee, IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS),

Nizza, 22.-26. Sept. 2008

Europe Co-Chair, IEEE International Conference on Robotics and Bio-Mimetrics (ROBIO), 2008

Associated Editor, IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2008

PC Member IEEE International Conference on Information Acquisition (ICIA), 2008

Preisverleihungen an Mitglieder der Departmenteinrichtung

Zhang, Houxiang; Wang, Wei; Zhang. Jianwei:

Best Paper Price, IEEE AIM 2008, für das paper “Analysis of the Kinematics of Module Climbing

Caterpillar Robots”, in Proceeding of 2008 IEEE/ASME International Conference on Advanced

Intelligent Mechatronlics (AIM 2008), IEEE, New Jersey 2008, pp.84-89

Zhang, Jianwei (als Mitautor):

Best Student Paper, IEEE ICASSP 2008, für das paper „Topic Mining on Web-shared videos“, in

Proceeding of the IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing

(ICASSP 2008), IEEE, New Jersey 2008, pp. 2145 – 2148

87


ISR - TAMS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

88


AB Wissens- und Sprachverarbeitung WSV – ISR

Arbeitsbereich

Wissens- und Sprachverarbeitung (WSV)

Vogt-Kölln-Str. 30, Haus F, 22527 Hamburg, Fon +49 40 428 83-2416, Fax +49 40 428 83-2385

http://www.informatik.uni-hamburg.de/WSV/

1. Zusammenfassende Darstellung

Mitglieder des Arbeitsbereichs

ProfessorInnen:

Dr. Christopher Habel

AssistentInnen/Wiss. MitarbeiterInnen:

Dr. Carola Eschenbach, Özgür Lütfü Özçep, M.A., Dipl.-Inform. Matthias Kerzel (ab 11/2008), Cengiz

Acartürk, M.Sc. (Stipendiat im Graduiertenkolleg CINACS), Dipl.-Ing. Christian Graf (Stipendiat im

Graduiertenkolleg CINACS), Mohammed Elmogy, M.Sc.Eng. (Stipendiat des Ministry of Higher Education

Egypt, gemeinsame Betreuung mit TAMS)

Technisches und Verwaltungspersonal:

Hildegard Westermann (Sekretariat)

Allgemeiner Überblick

Der Arbeitsbereich ”Wissens- und Sprachverarbeitung” untersucht höhere kognitive Prozesse wie Sprachverstehen

und Sprachproduktion, Schlussfolgern und Problemlösen, Wissenserwerb und Lernen unter einer

interdisziplinären Perspektive. Bei der Erforschung derartiger Prozesse werden die Methoden der

Informatik/Künstlichen Intelligenz durch Methoden und Erkenntnisse der Sprachwissenschaft, Psychologie

und Logik ergänzt; Ziel der Forschung ist die Entwicklung formaler Modelle kognitiver Leistungen, deren

Überprüfung durch Simulationssysteme und die Konzeption und Realisierung von intelligenten Systemen auf

kognitionswissenschaftlicher Basis.

Forschungsschwerpunkte

Raum, Zeit und Ereignisse:

Repräsentationen von Wissen über die reale Welt betreffen insbesondere die ”Verankerung” von Objekten

und Situationen (Ereignissen) in Raum und Zeit. Ereignisse in der Welt zu verstehen, zu planen, zu erklären

und insbesondere zu handeln, ist nur dann möglich, wenn die räumlichen und zeitlichen Eigenschaften und

Beziehungen von Objekten und Ereignissen in angemessener Weise dargestellt und für Schlussprozesse

verfügbar sind. In diesem Schwerpunkt werden daher generelle Verfahren zur Repräsentation und

Verarbeitung von Wissen über Raum, Zeit und Ereignisse entwickelt und in exemplarischen Domänen

eingesetzt.

Repräsentation und Verarbeitung von Objekten und Konzepten:

Die Teil-Ganzes-Struktur von Entitäten und die Beziehung zwischen derartigen Strukturen und Kategorienzugehörigkeit

stellen den Forschungsgegenstand dieses Schwerpunktes dar. Untersucht werden hierbei

Prinzipien der Ganzheitlichkeit bzw. Integrität, die für die Konzeptbildung, -repräsentation und -verarbeitung

grundlegend sind, andererseits aber auch Repräsentations- und Verarbeitungsstrategien für Form und Gestalt

von Objekten.

Sprachverstehen und Sprachproduktion:

Prozesse des Verstehens und Produzierens von Äußerungen (Texten) der natürlichen Sprache werden im

Rahmen dieses Forschungsschwerpunktes als spezielle kognitive Prozesse, die in der Interaktion mit anderen

außer-sprachlichen kognitiven Prozessen stehen, angesehen.

Auch für maschinelle Systeme der Sprachverarbeitung, d.h. Systeme des Textverstehens und der Textgenerierung,

wird im AB WSV davon ausgegangen, dass eine kognitive Fundierung derartiger Systeme nicht

nur aus der Perspektive der Grundlagenforschung von Interesse ist, sondern darüber hinaus auch im Hinblick

auf Leistungsfähigkeit und Übertragbarkeit langfristig vorteilhaft sein wird.

89


ISR – WSV Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Wissenschaftliche Zusammenarbeit

Universitäten und Technische Hochschulen in Deutschland

90

Universitätsklinik Eppendorf (Neurophysiologie, Systemische Neurowissenschaften)

Universität Hamburg (Biologische Psychologie)

• TU Berlin (Institut für Psychologie)

Universität Bielefeld (SFB 360 / Informatik, Linguistik)

Universität Bremen (Fachbereich Informatik)

Universität Freiburg (Fachbereich Informatik, Fachbereich Psychologie)

Universität des Saarlandes (Institute for Formal Ontology and Medical Information Science)

Kooperationspartner im Ausland

• State University of New York at Buffalo (Center of Cognitive Science, Dept. of Geography)

Universität Glasgow (Psychology, Computer Science)

Universität Leeds (Computer Science)

Universität Lund, Schweden (Cognitive Science Program)

• University of California, Santa Barbara (Dept. of Geography, Dept. of Psychology)

• IRIT (Institut de Recherche en Informatique de Toulouse), Toulouse, Frankreich

• Institute for Cognitive Sciences and Technology, Italian National Research Council (Trento)

• Tsinghua University Beijing (Computer Science and Technology, Cognitive Science & Biomedical

Engineering)

• Middle East Technical University, Turkey (Computer Education and Instructional Technology)

Ausstattung

Im Arbeitsbereich WSV werden in Forschung und Lehre vorrangig Geräte der Apple-Macintosh-Linie

verwendet. Untersuchungen zur multimodalen Interaktion von Sprache und Haptik werden gemeinsam mit

dem AB TAMS im TAMS-Labor durchgeführt.

Drittmittel

Projekt:

Geldgeber:

Gesamtmittel:

2. Die Forschungsvorhaben des Arbeitsbereichs

Etatisierte Projekte

CINACS – Cross-modal Interactions in Natural and Artificial Cognitive

Systems (IRTG 1247) 4/2006 bis 9/2010

Subproject 3.3.2: Interaction of representational modalities in

communication

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

€ 250.300

2.1 Formale, künstliche und natürliche Ontologie: Konzeptsysteme und räumliche Strukturen

Eschenbach, Carola, Dr.; Habel, Christopher, Prof. Dr.; Özçep, Özgür, M.A.

Laufzeit des Projektes:

seit 03/1993, teilweise finanziert von der DFG 06/1996 bis 05/2002

Projektbeschreibung:

Ontologische Fragestellungen sind für die Modellierung von Domänen und für die Bedeutungsanalyse im

Rahmen der Wissensrepräsentation und der Sprachverarbeitung fundamental. In diesem Projekt werden

Ansätze zu Bedeutungsrelationen in Konzeptsystemen, zum Umgang mit Phänomenen der Vagheit von

Konzepten und der Berücksichtigung von Granularitätseffekten in der Konzeptbildung und Domänenstrukturierung

entwickelt. Zu den Zielen des Projektes gehört auch, Prinzipien der Ganzheitlichkeit bzw.

Integrität aufzudecken, die für die Konzeptbildung, –repräsentation und –verarbeitung grundlegend sind.

Dementsprechend erfolgen Analysen der ontologischen Grundlagen von grenzbezogenen Konzepten

(Grenze, Rand) und ihrer Charakterisierung im Rahmen formaler, mathematischer Kalküle. Die Tragfähigkeit

von topologischen Kalkülen wird dabei in der Verbindung mit mereologischen Grundkonzepten untersucht.

Einen besonderen Schwerpunkt bildet die Behandlung von räumlichen, insbesondere geometrischen

Strukturen als Grundlage der räumlichen Konzeptbildung. Die Untersuchung räumlicher Konzepte ist für die

Raumkognition von zentraler Bedeutung. Das Projektziel ist hier die systematische Erschließung und

Formalisierung eines Inventars räumlicher Konzepte, das der Beschreibung von Phänomenen und Er-


AB Wissens- und Sprachverarbeitung WSV – ISR

gebnissen der Raumkognition dient. Als Anforderungsspezifikation und Überprüfungsinstanz fungiert die

Untersuchung der den räumlichen Ausdrücken der natürlichen Sprache zu Grunde liegenden Konzepte. Als

Ausgangspunkt für die prädikatenlogischen Charakterisierungen dienen mathematische Axiomensysteme, die

geeignet modifiziert werden, um auch natürlich-sprachliche Konzepte einzubinden.

Ein weiterer Arbeitsschwerpunkt betrifft Fragen der ontologischen Basis von Objektveränderungen über die

Zeit. Hierbei ist zu klären, ob bzw. in welchen Zusammenhängen die Identität von Objekten über die Zeit

(diachrone Identität) ein empirisches, durch die Welt bestimmtes Fakt ist oder durch konzeptuelle

Restriktionen im Bereich der Verarbeitung von Wissen über die Welt bestimmt ist.

Ein dritter Untersuchungsgegenstand ist die adäquate Behandlung von Konflikten, die durch Integration von

Information aus Ontologien mit (möglicherweise) verschiedenen Namensräumen entstehen. Das methodische

Gerüst bilden die – adaptierten und erweiterten – Ansätze der klassischen Belief Revision zur Auflösung

logischer Inkonsistenzen sowie Techniken aus dem Bereich der Beschreibungslogiken.

Schlagwörter:

Wissensrepräsentation; Sprachverarbeitung; Raumkognition, Ontologie; Konzepte; Zeit; Veränderung;

Raum; Vagheit; Granularität

Wichtige Publikationen aus den Jahren 2006-2007:

Özçep, Ö. L. & C. Eschenbach (2007). On the conservativity and stability of ontology-revision operators

based on reinterpretation. In Ch. Beierle & G. Kern-Isberner (eds.) Dynamics of Knowledge and Belief.

Workshop at the 30th Annual German Conference on Artificial Intelligence, KI-2007, Osnabrück,

Germany, September 10, 2007. Proceedings (pp. 84–99). Fakultät für Mathematik und Informatik,

FernUniversität in Hagen

Özçep, Ö. L. (2006): Ontology revision through concept contraction. In: Artemov, S. und Parikh, R. (eds.):

Proceedings of the Workshop on Rationality and Knowledge, 18th European Summerschool in Logic,

Language, and Information, Universidad de Malaga, 7-11 August (pp. 79-90)

2.2 Sprachliche und multimodale Routenbeschreibungen

Habel, Christopher, Prof. Dr.; Eschenbach, Carola, Dr.; Elmogy, Mohammed, M.Sc.Eng.; Kerzel, Matthias,

Dipl.-Inform.; Graf, Christian, Dipl.-Ing.

Laufzeit des Projektes:

seit 04/1996

Projektbeschreibung:

Routenbeschreibungen werden bei Wegauskünften oder in Wegbeschreibungen (z.B. für AutofahrerInnen

oder WanderInnen) typischerweise natürlich-sprachlich gegeben, können aber z.B. auch aus der Kombination

sprachlicher und graphischer (Karten, Skizzen) Anteile bestehen. Sie enthalten räumliche Information über

den Verlauf des Weges, die sich aus der Beschreibung von Wegabschnitten, Entscheidungspunkten und

deren Relation zu Landmarken zusammensetzt. Wegauskünfte enthalten zudem Instruktionen, die,

zusammengefasst, als (grober) Handlungsplan zu verstehen sind. Solch ein Handlungsplan zusammen mit der

gegebenen räumlichen Information kann als Basis für die Navigation in einem zunächst unbekannten Terrain

verwendet werden. In diesem Projekt werden verschiedene Arten sprachlicher und multimodaler

Routenbeschreibungen untersucht, insbesondere auch Routenskizzen als Alternativen oder Ergänzungen zu

natürlich-sprachlichen Routenbeschreibungen.

Da Routenbeschreibungen vielfach Texte sind, die aus mehreren Sätzen bestehen, werden über die

Satzsemantik hinausgehende diskurssemantische Analysen der natürlich-sprachlichen Beschreibungen

durchgeführt. Daher ist die Entwicklung einer für die Analyse multimodaler Routenbeschreibungen

adäquaten, formalen Theorie von Diskursrepräsentationen, in denen diskursgrammatische und

diskurssemantische Aspekte integriert sind, Bestandteil des Projektes. Neben der Analyse der Diskursstruktur

wird auch der Frage nach der Struktur und Repräsentation der beschriebenen bzw. beschreibenden Ereignisse

und Situationen nachgegangen. Gemeinsame strukturierende Elemente von Diskursen und Ereignissen sind

insbesondere die temporale Ordnung sowie eine Gliederung in Teile. Die Strukturen eines komplexen

Ereignisses können allerdings von den Strukturen des beschreibenden Textes abweichen. Demgemäß ist für

die Behandlung von Diskurs- und Ereignisstrukturen die Untersuchung der Beziehung dieser beiden

Strukturen zueinander und deren Verankerung im temporalen Ausdrucksinventar der natürlichen Sprache

wesentlich. Derartige Diskurs- und Ereignisrepräsentationen spielen in Prozessen des Sprachverstehens und

der Sprachproduktion eine zentrale Rolle. Im Projekt werden auf Ergebnissen der formalen Linguistik, der

91


ISR – WSV Jahresbericht 2008Informatik UniHH

92

Wissensrepräsentation und der kognitiven Psychologie aufbauend Modelle der menschlichen Sprachverarbeitung

entwickelt.

Basierend auf den semantischen Analysen sind die pragmatischen Prinzipien der Interpretation von

Routenbeschreibungen im Kontext von Navigationsaufgaben Untersuchungsgegenstand. Über pragmatische

Prinzipien und Navigationswissen ist beispielsweise zu erklären, wie sich Lücken im Handlungsplan

aufgrund der sprachlich gegebenen Raumbeschreibung oder mithilfe der Wahrnehmung während der

Navigation schließen lassen. Neben den grundlegenden Untersuchungen steht die Entwicklung einer

Simulationsumgebung zur Interpretation von Routenbeschreibungen als Basis der Navigation in einer

geometrisch beschriebenen (virtuellen) Umgebung.

Routenskizze für den Informatik-Campus (Grundlage für empirische Untersuchungen zur Kommunikation

mit Skizzen; Stimulusmaterial für Sprachproduktionsprozesse des 2004 abgeschlossenen DFG-Projektes

„Konzeptualisierungsprozesse in der Sprachproduktion“).

In einem Teilprojekt werden die menschlichen Prozesse beim Verstehen und Generieren von Skizzen

untersucht. Ausgangspunkt dieses Vorhabens ist die Einschätzung, dass Skizzen einen in der menschlichen

Problemlösung und der Kommunikation besonders erfolgreich verwendeten Typ externer Repräsentationen

darstellen. Aber auch im Bereich der Mensch-Maschine-Interaktion werden graphische Darstellungen, u.a.

Skizzen, verwendet, um Informationen vom Rechner zum Benutzer (Ausgabe) zu vermitteln. Dabei handelt

es sich zumeist um gespeicherte, nicht um aufgabenspezifisch erstellte Skizzen. Die Möglichkeit, Skizzen für

die Informationseingabe zu verwenden, wird bisher kaum genutzt. Ausgehend von empirischen Analysen, die

in den letzten Jahren durchgeführt wurden, werden formale Modelle der in der Skizzenerstellung und beim

Skizzenverstehen involvierten Prozesse entwickelt: Aufbauend auf prototypischen Simulationsmodellen

sollen derartige Schnittstellen für die Instruktion von mobilen Robotern eingesetzt werden.

Schlagwörter:

Sprachverarbeitung; Semantik; Pragmatik; Psycholinguistik; Wissensrepräsentation; Repräsentation,

multimodal; Repräsentation, graphisch

Drittmittelprojekte

2.3 Interaction of representational modalities in communication [Subproject 3.3.2 of CINACS, IRTG

1247]

Habel, Christopher, Prof. Dr.; Eschenbach, Carola, Dr.; Acartürk, Cengiz, M.Sc.; assoziiert:

Mohammed Elmogy, M.Sc.Eng.; Graf, Christian, Dipl.-Ing.

Laufzeit des Projektes:

4/2006 - 9/2010, Förderung durch die DFG (Vorarbeiten durch Projekt 2.2)


AB Wissens- und Sprachverarbeitung WSV – ISR

Projektbeschreibung:

People make use of distributed internal and external representations to perform higher level tasks in their

daily life, e.g. they use paper and pencil to solve numerical problems, they construct and exploit graphs and

diagrams to analyze the behavior of physical, economical or social systems, or they make use of maps for

route planning. Additionally, in solving problems cooperatively, people communicate, i.e. they use external

representations as language or pictorial means of communication. The subject of their communication is

internal representations, i.e. their ideas and plans, as well as entities of the environment including external

representations, like graphs, diagrams, tables or maps. To use external representations successfully it is

necessary to integrate the information provided by different representational modalities, like language,

diagrams, pictures, etc. In this project we focus on the use of diagrams and maps in communication and

problem solving: For people seeing pictorial representations, language can be used to give additional

information or to focus on specific aspects or parts of maps and diagrams; currently we investigate this aspect

primarily in the interaction of language and information graphics. In contrast, for visually impaired people

the interaction of the auditory and haptic sensation can be a substitutive way to experience maps and

diagrams.

Eye movement patterns on a sample graph-text

document

Schlagwörter:

Tactile You-Are-Here map of Informatik Campus:

Enlarged area: Gatekeeper's house and YAH-symbol

Repräsentation, multimodal; Repräsentation, graphisch; haptische Wahrnehmung; Informationsgraphik

Wichtige Publikationen aus den Jahren 2006-2007:

Habel, C., Acarturk, C. (2007). On reciprocal im-provement in multimodal generation: Co-reference by text

and information graphics. In I. van der Sluis, M. Theune, E. Reiter & E, Krahmer (eds.): Workshop on

Multimodal Output Generation (MOG 2007), Aberdeen, United Kingdom, 69-80

Finanzierung:

Geldgeber:

Laufzeit der Förderung:

Sachmittel:

Personalmittel:

3. Publikationen und weitere Leistungen

Wissenschaftliche Publikationen im Berichtszeitraum

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

4/2006 bis 9/2010

€ 44.000

€ 206.300

Acarturk, C., Habel, C., Cagiltay, K. & Alacam, O. (2008). Multimodal Comprehension of Language and

Graphics: Graphs with and without annotations. Journal of Eye Movement Research, 1(3):2, 1-15

Acarturk, C., Habel, C., & Cagiltay, K. (2008). Multimodal comprehension of graphics with textual

annotations: The role of graphical means relating annotations and graph lines. In J. Howse, J. Lee & G.

Stapleton (Eds.), Diagrammatic Representation and Inference. Lecture Notes in Computer Science 5223

(pp. 335-343): Springer Berlin / Heidelberg

Acarturk, C., Habel, C., Cagiltay, K., & Alacam, O. (2008). Learning from text and graphs: The role of

annotations and sensory modality. In A. Maes & S. Ainsworth (Eds.), Proceedings EARLI Special

Interest Group Text and Graphics. Exploiting the Opportunities Learning with Textual, Graphical and

Multimodal Representations (pp. 13-16)

93


ISR – WSV Jahresbericht 2008Informatik UniHH

94

Elmogy, M.; Habel, C. & Zhang, J. (2008). Robot Topological Map Generation from Formal Route

Instructions. Proceedings 6th International Cognitive Robotics Workshop, 18th European Conference on

Artificial Intelligence, Patras, Greece. 60 – 67

Eschenbach, C. & M. Grüninger (eds.) (2008). Formal Ontology in Information Systems. Proceedings of the

Fifth International Conference (FOIS 2008). IOS Press: Amsterdam

Eschenbach, C. & M. Grüninger (eds.) (2008). Formal Ontology in Information Systems. Poster Proceedings

of the Fifth International Conference (FOIS 2008). DFKI GmbH, Germany.

(http://fois08.dfki.de/proceedings/FOIS08PosterProceedings.pdf)

Habel, C. & Graf, C. (2008). You-are-here maps as Navigation Aids for Visually Impaired People.

Procedings of the Workshop “You-Are-Here Maps” at International Conference on Spatial Cognition

2008. 1–10

Özçep, Ö. L.: Towards Principles for Ontology Integration. In C. Eschenbach and M. Grüninger (Hrsg.)

Proceedings of the Fifth International Conference on Formal Ontology in Information Systems (FOIS-

2008), S. 137–150, 2008

Wissenschaftliche Vorträge

Acartürk, Cengiz:

28.09.2008: Multimodal comprehension of information graphics with linguistic annotations, Doctoral

Colloquium, KogWis 2008, Dresden 28.09. - 01.10.2008

01.10.2008: Causal Attribution induced by Text-Graphics Documents: The Role of Annotations, KogWis

2008, 28.9. - 1.10.2008, TU Dresden (zusammen mit Christopher Habel)

Graf, Christian:

11.09.2008: From Interaction between Language and Visual Representations to the Interaction between

Language and Haptic Representations, Workshop on the Interaction of Vision and Language in Cross-

Modal Comprehension, CINACS Summer School 2008, Hamburg 8. - 12.9.2008

19.09.2008: Design Concepts for Tactile Maps to Support Visually Impaired Persons, Doctoral

Colloquium Spatial Cognition 2008, Freiburg / Breisgau, 15. - 19.09.2008

28.09.2008: You-are-here Maps For The Blind: First Experiments in Cognitive Design of Non-visual

Spatial Representations, Doctoral Colloquium, KogWis 2008, Dresden 28.09. - 1.10.2008

4. Wichtige weitere Aktivitäten

Mitarbeit in wissenschaftlichen außeruniversitären Gremien

Acartürk, Cengiz:

Mitglied der Human Computer Interaction Research Group, Middle East Technical University (METU

Human-Computer Interaction Research Group (METU-HCI)

Eschenbach, Carola:

Mitglied im Beirat der Gesellschaft für Kognitionswissenschaft

Mitglied des Editorial Boards der Zeitschrift "Applied Ontology"

Habel, Christopher:

Mitglied im wissenschaftlichen Beirat des Zentrums für Interdisziplinäre Forschung (Universität

Bielefeld)

Herausgeber der Buchreihe "Studien zur Kognitionswissenschaft" (Deutscher Universitätsverlag)

Mitglied des Editorial Boards der Zeitschrift "Spatial Cognition and Computation"

Mitglied des Herausgebergremiums der DISKI-Dissertationsreihe

Mitarbeit in universitären Gremien

Eschenbach, Carola:

Universität Hamburg

Mitglied des Senatsausschusses für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs (AFN)

Stellvertretendes Mitglied des Zentralen Ausschusses für die Nachwuchsförderung (ZANF)

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften

Mitglied der Promotionsordnungskommission des Fakultätsrats

Department Informatik

Mitglied der Nebenfachkommission Linguistik, Literatur

Mitglied des Ausschusses zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses am Department Informatik

Lehrplanungsbeauftragte des Arbeitsbereichs WSV

Lehrplanungsbeauftragte des Departments Informatik

Habel, Christopher:

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften

Mitglied im Fakultätsrat


AB Wissens- und Sprachverarbeitung WSV – ISR

Mitglied der Promotionsordnungskommission des Fakultätsrats (Vorsitz seit Nov. 2008)

Mitglied der Dekanfindungskommission des Fakultätsrats

Department Informatik

Mitglied des Vorstandes des Departments Informatik (Schwerpunkt: Forschung und wissenschaftlicher

Nachwuchs)

Vorsitzender des Promotionsausschusses

Koordinator des Department-Schwerpunktes „Intelligente Systeme & Robotik“ (ISR)

Mitglied (stellvertretend) im Gemeinsamen Ausschuss Wirtschaftsinformatik

Mitglied des Ausschusses zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses am Department Informatik

Mitglied der Nebenfachkommission Linguistik, Literatur

Westermann, Hildegard:

Mitglied im Netzwerk zur Unterstützung der Frauenbeauftragten der Dienststelle

Begutachtungstätigkeit

Eschenbach, Carola:

Journal of Applied Ontology

Journal of Pragmatics

Habel, Christopher:

Gutachten für DFG, DAAD, AvH.

Begutachtungen für diverse Konferenzen und Zeitschriften

Kongressorganisation/-ausrichtung

Eschenbach, Carola:

Co-Programme-Chair der 5th International Conference on Formal Ontology in Information Systems 2008

(FOIS-2008), Saarbrücken 31.10. - 3.11.2008

95


ISR – WSV Jahresbericht 2008Informatik UniHH

96


Graduiertenkolleg CINACS CINACS – ISR

Internationales Graduiertenkolleg

Cross-modal Interaction in Natural and Artificial Cognitive Systems (CINACS)

Vogt-Kölln-Str. 30, Haus F, 22527 Hamburg; Tel.: +49 40 428 83-2430, Fax: +49 40 428 83-2397,

http://www.cinacs.org/

1. Zusammenfassende Darstellung

Angehörige des IGrK (der Universität Hamburg)

ProfessorInnen:

Dr. Jianwei Zhang (Koordinator des Kollegs, TAMS); Dr. Christian Büchel (UKE); Dr. Andreas Engel

(UKE), Dr. Carola Eschenbach (WSV); Dr. Christopher Habel (WSV); Dr.-Ing. Wolfgang Menzel (NATS);

Dr. Brigitte Röder (FB Psychologie)

KollegiatInnen:

MS Cengiz Acartürk (WSV); Dipl.-Psych. Sabrina Boll (UKE); Dipl.-Psych. Patrick Bruns (FB

Psychologie); MS Tian Gan (NATS); Dipl.-Ing. Christian Graf (WSV); Dipl.-Inform. Sascha Jockel

(TAMS); Dr. med. Dipl.-Bioinf. Jens Kleesiek (UKE), Dipl.-Psych. Mario Maiworm (FB Psychologie);

Dipl.-Psych. Andreas Marschner (UKE); MLitt Patrick McCrae (NATS); MS Inga Schepers (UKE); Dipl.-

Inform. Martin Weser (TAMS)

Laufzeit des Projektes

Seit 4/2006; (zweite Förderungsphase wird 2009 beantragt: 10/2010 bis 3/2015)

Allgemeiner Überblick

The International Graduate College CINACS is carried out jointly by the departments of Informatics, the

University Medical Center Hamburg-Eppendorf and the department of Psychology of the University of

Hamburg, as well as by the University of Tsinghua in Beijing, China. The following groups of the

department of Informatics are involved: the TAMS group (as coordinators) as well as the groups NATS and

WSV.

The following, except in the general introduction to CINACS, refers to the CINACS-relevant activities of the

members of the department of Informatics.

Within this international graduate college the principles of cross-modal interactions in natural and cognitive

systems are investigated to implement them in artificial systems. Research primarily considers three sensory

systems (vision, hearing and haptics) and their interactions. Multisensory interaction in natural systems is

studied using behavioural, electrophysiological and neuroimaging techniques. Different paradigms including

cross-modal association learning, sensorimotor control, cross-modal illusions and multisensory language

perception is used to uncover the principles of multisensory processes and multimodal representation.

The research program aims at understanding the biological mechanisms of cross-modal processing and its

role in perception and behavioural control. Furthermore, our goal is to design models, implement algorithms

and architectures for more robust artificial multimodal systems which can function like natural systems.

The members of the department of Informatics are carrying out research in the subject areas „Development of

grounded multimodal memory in robots“, „High-level information fusion for speech and language“ and

„Interaction of representational modalities in communication“.

Forschungsschwerpunkte

Natural cognitive systems profit from combining the input of the different sensory systems not only because

each modality provides information about different aspects of the world but also because the different senses

can jointly encode particular aspects of events, e.g. the location or meaning of an event. However, the gains

of cross-modal integration come at a cost: since each modality uses very specific representations, information

needs to be transferred into a code that allows the different senses to interact. Corresponding problems arise

in human communication when information about one topic is expressed using combinations of different

formats such as written or spoken language and graphics.

97


ISR – CINACS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

98

The research program will aim at understanding the biological mechanisms of cross-modal processing and its

role in perception and behavioural control. Furthermore, our goal is to design models, implement algorithms

and architectures for more robust artificial multimodal systems which can function like natural systems, i.e.

even if their input is imprecise, ambiguous, incomplete, or incoherent. For this purpose, a system needs to

form supplementary cross-connections between the sensory receptor level of a given type and the higher

stages of processing specific to another sensory modality.

CINACS will combine the relevant methods, in particular behavioural techniques, EEG, fMRI, TMS, multielectrode

recordings, simulation, artefact construction, computer and robot experiments. This combination of

approaches is only possible because CINACS comprises the disciplines of neuroscience, psychology,

linguistics, computer science, robotics and bio-engineering. From this synergy we expect major advances in

the fields of multisensory learning, attention, memory and sensorimotor control. Although cross-modal issues

have attracted more and more interest in each individual field, interdisciplinary studies comprising

informatics, neuroscience and psychology are still rare. Therefore, we expect a profound impact on future

and emerging technologies, especially in human-computer interaction, human-robot communication, sensory

substitution for rehabilitation, hybrid technology to restore sensory loss, hybrid bionic systems, a better

understanding of information processing and functions in the human brain.

Projekt Development of grounded multimodal memory in robots

Weser, Martin; Jockel, Sascha; Zhang, Jianwei, Prof. Dr.

Laufzeit:

4/2006 bis 9/2010

Projektbeschreibung:

Multimodal representations play an important role for mobile robots and service robots. In this subproject we

will use some common fusion methods, but will focus on building grounded memories of robot actions

instead of solely a sensorimotor controller. The subproject will share modelling methods but will use realworld

visual, audio and tactile data collected by the robot. Jointly utilizing the data of different modalities

will enrich the robotic memory and increase the robustness of both representation and retrieval process.

According to empirical investigations, episodic memory represents one of the most important components of

human intelligence. The acts of remembering as well as of mental simulation and planning use episodic

memory as their basis. The diverse multisensory high-bandwidth data of our robot such as vision data, joint

angles, positions, force profiles etc., can obviously not be saved in their raw format for an arbitrarily long

period of time. Therefore, coding approaches based on appearances and features are suggested for

summarizing and generalizing experiences from successfully performed operations. We expect that a

representation that fuses potentially incomplete and distorted single sensor data into a unified framework will

increase the robustness of memory formation, the easiness of memory retrieval and the possibility of symbolgrounding.

Schlagwörter:

Robot intelligence, multimodal representation, sensori-motor skills, information retrieval

Subprojekt 1: Multisensory Memory Representations of Robot Actions

Weser, Martin

Laufzeit des Projektes:

5/2006 bis 4/2009

Projektbeschreibung:

Service robots are still in a state of development and are only at the threshold to commercial use in the

primary target group of private households. In order to successfully cross this threshold, the robots’

flexibility as well as safety in the natural surroundings of people has to be ensured. The safety of actions

carried out by robots can only be ensured if close sensor-control loops are applied. On the other hand, it is

well accepted that abstract planning that foresees the effects of the intended course of actions is necessary to

achieve flexible goal-directed behaviour. In this project, we develop a two-layered architecture that integrates

robot control and AI-planning into one coherent system.


Graduiertenkolleg CINACS CINACS – ISR

In the last year a set of atomic robot actions was defined and control programs for action execution were

implemented. This set of actions forms a procedural memory of low level behaviour and provides basic

building blocks for deliberative planning. An established AI-planner (Shop2) is used to parameterize the

control programs and sequentially execute robot actions to achieve high-level objectives. Arrangements to

include learning of both atomic robot actions as well as abstract strategies to guide the planner are made by

adopting a modular approach.

Schlagwörter:

sensor fusion; robot action; cognition, artificial; perception, action-oriented

Subprojekt 2: Autobiographical Episodic Memory

Jockel, Sascha

Laufzeit des Projektes:

7/2006 bis 6/2009

Projektbeschreibung:

If the human mind stores each item - e.g. an abstract concept, attitudes, etc. - in a single memory location, the

retrieval of a past (subjective) experience from memory triggered by current sensings needs to be identical to

those sensings of the memorised experience. This kind of organisation would be useless, since the space of

all possible experiences is so vast that no two experiences are ever exactly identical. The human mind would

have to possess more memory locations than the number of particles in the universe to store all the

permutations of sound, colour, and so forth that the senses are capable of detecting. The underlying principle

of the brain involved in sensory information processing is that information is represented by a relatively

small number of simultaneously active neurons out of a large population and is commonly referred to as

sparse coding.

The aim of this project is the research and development of a memory that uses the sparse coding principle to

improve action categorisation, prediction and learning in the context of service robotics and manipulation. A

system design for our robot will make it possible to compare current sensings with past experienced robot

actions – e.g. to successful and comparable prior operations – and to adapt and apply them to the current

situation.

Schlagwörter:

Artificial intelligence; memory; sparse distributed memory; action planning; memory architecture

Projekt High-level information fusion for speech and language

McCrae, Patrick; Gan, Tian; Menzel, Wolfgang, Prof. Dr.-Ing.

Laufzeit des Projektes:

4/2006 bis 9/2010

Projektbeschreibung:

This project sets out to investigate cross-modal facilitation effects in technical systems for speech and

language processing. Such a kind of system-integration differs from other problems of information fusion by

the need to deal with highly abstract representations for which no straightforward mapping to the

corresponding sensory input of speech and language exists. Speech input, for instance, needs to be

interpreted in terms of word or phrase meaning before it can be related to the visual experience of the hearer.

Despite the enormous difference in abstraction between the representations involved, the human cognitive

system is able to make the complementary contributions from other modalities almost instantaneously

available to the speech and language processing faculties, establishing the prerequisites for a synergy which

contributes considerably to the rapid and robust behaviour of human multi-modal communication thus setting

it apart from any current technical solutions.

To gain deeper insights into the fundamental requirements for high-level information fusion, selected

problem areas are studied in two PhD-projects, namely audio-visual speech recognition and the (dynamic)

influence of context on sentence processing.

Schlagwörter:

Information fusion, multi-modal communication, speech recognition, sentence processing

99


ISR – CINACS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Subprojekt 1: Audio-visual speech recognition

Gan, Tian

Laufzeit des Projektes:

100

7/2006 bis 6/2009

Projektbeschreibung:

Audio-visual speech recognition makes use of extra video data, in particular lip-reading information, to

improve the performance of a traditional acoustic-only speech recognizer. Based on state-of-the-art speech

recognition technology, information fusion between acoustic and visual cues is attempted on the level of

phones, where the visual stimulus is described by means of an underspecified phone representation. These

two representations are then to be combined by a third component for word recognition. Moreover, compared

to the conventional feature processing techniques, Articulatory Features can be used as an intermediate

representation, capturing relevant characteristics of the speech production information. So far, using

articulatory information is investigated in two levels, feature level and class level. In the feature level,

Articulatory Neural Networks (ANN) are used for performing audio and video articulatory feature

classification. Then we use HMM to build the word recognizer. In the class level, we applied HMM for

modelling abstract articulatory classes, and then designed an N-best decision schema to decide the best

articulatory feature tuples, in order to achieve a decision fusion.

Furthermore, Dynamic Bayesian Networks (DBN) are expected to be applied for better modelling

asynchrony among different articulatory channels. This will cause an information fusion in the model level.

Schlagwörter:

Speech recognition, bimodal; speech recognition, automated; image processing, Hidden Markov Models

(HMM); Dynamic Bayesian Network (DBN); features, articulatory

Subprojekt 2: Cross-modal compensation in language processing

McCrae, Patrick

Laufzeit des Projektes:

8/2006 bis 7/2009

Projektbeschreibung:

During sentence processing cross-modal semantic influences often result in an (early) disambiguation,

whenever there are several competing interpretations that correspond to individual syntactic structure and are

equally plausible with respect to lexical preferences and static world knowledge. Contextual information, as

obtained from sensory input, e. g. via cross-modal perception, can then provide additional cues for

disambiguation. While a wide range of studies have systematically investigated the impact of context and

world knowledge upon structural disambiguation in human sentence processing, surprisingly few attempts set

out to model the integration of dynamic cross-modal context in natural language processing applications.

This project will study approaches for integrating extra-sentential context from the sensory modalities into

the decision processes to obtain the most plausible structural interpretation. Context integration will be

performed by using a parsing application based on weighted structural constraints in combination with a

custom-developed context integration component. The purpose of the context integration component is to

query a representation of visual context and to perform a set of inferences needed to propagate the contextual

information back into the parser. Feedback from the context integration component is integrated into the

parsing process via additional constraints.

Expected benefits of the successful integration of context knowledge into syntactic parsing include an

increase in parsing accuracy and robustness, as well as an efficiency increase in the parsing process such

since structures corresponding to highly implausible interpretations can be ruled out at an earlier stage in the

parsing process. Insights gained from this research can provide useful input to the improvement of

applications in areas of machine translation, natural language understanding, and automated information

retrieval.

Schlagwörter:

Language processing, natural; dependency parsing; context modelling; information fusion; language-vision

interface


Graduiertenkolleg CINACS CINACS – ISR

Projekt: Interaction of representational modalities in communication

Habel, Christopher, Prof. Dr.; Eschenbach, Carola, Dr., Acartürk, Cengiz; assoziiert: Mohammed Elmogy

Laufzeit des Projektes:

4/2006 bis 9/2010

Projektbeschreibung:

People make use of distributed internal and external representations to perform higher level tasks in their

daily life, e.g. they use paper and pencil to solve numerical problems, they construct and exploit graphs and

diagrams to analyze the behaviour of physical, economical or social systems, or they make use of maps for

route planning. Additionally, in solving problems cooperatively, people communicate, i.e. they use external

representations as language or pictorial means of communication. The subject of their communication is

internal representations, i.e. their ideas and plans, as well as entities of the environment including external

representations, like graphs, diagrams, tables or maps. To use external representations successfully it is

necessary to integrate the information provided by different representational modalities, like language,

diagrams, pictures, etc. In this project we focus on the use of diagrams and maps in communication and

problem solving: For people seeing pictorial representations, language can be used to give additional

information or to focus on specific aspects or parts of maps and diagrams; currently we investigate this aspect

primarily in the interaction of language and information graphics. In contrast, for visually impaired people

the auditory and haptic sensation can be a way to experience maps and diagrams by using only the visual and

the haptic channel of sensation.

Schlagwörter:

Representation, multimodal; representation, graphical; haptic perception; information graphics

Subprojekt: Multimodal comprehension of text and graphics

Acartürk, Cengiz

Laufzeit des Projektes:

7/2006 bis 6/2009

Projektbeschreibung:

Information graphics are visual representations for the display of quantitative information. Contrary to

numerical representations of data, graphs visually represent data characteristics such as patterns, trends,

comparisons, and interactions. Since visualizations are usually not self-explaining they are generally

presented together with accompanying linguistic constituents, thus constituting multimodal representations.

Our purpose is to experimentally investigate interaction between linguistic entities and graphical entities in

different types of multimodality concerning the interaction between text and graphics. Among the different

types of multimodality, two are investigated in this project. The first is graph-internal multimodality, which

includes the interaction between graphical entities (such as line of a line graph) and linguistic entities on the

graph space (such as annotations and axis labels); the second type includes the interaction between graphical

entities and linguistic entities in accompanying paragraphs. This investigation is accompanied by several

research questions: Concerning the analysis of co-referenced relations, what types of systematic patterns are

used in comprehension of constellations of graphical entities and linguistic entities? How do the patterns

change when linguistic input is given under two different sensory modalities, namely the visual modality like

text on-screen and the auditory modality of speech? How could available frameworks in linguistics be

extended to include the comprehension of multimodal documents?

All investigations are based on the analysis of cognitive processes concerning language-graphics interaction,

specifically establishing co-reference and coherence in multimodal documents. Based on a proposal for

cognitive architecture for integrated processing of multimodal documents, several case studies are performed.

Concerning the graph-internal multimodality, linguistic annotations were investigated in two dimensions.

The first dimension is the role of annotations and graph lines in line graphs for depicting change and events;

the second is the attribution of causality induced by temporal relations that are represented by the graph line.

Concerning the interaction between graphical entities and linguistic entities in accompanying paragraphs, the

bridging role of annotations between paragraphs and the graph is investigated. A further analysis on

graphical entities is performed with respect to the analysis of scale types that are used in psychophysics and

scalar concepts in conceptual semantics. The interaction between linguistic descriptions and graphical

representations of scalar relations is experimentally investigated.

101


ISR – CINACS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

102

The results of this study will be applicable in the development of NLG models for comprehension and

generation of multimodal interfaces in Human Computer Interaction and Artificial Intelligence as well as

design and implementation of computer-based assistance systems to assist learners to interpret, create and

manipulate graphs and annotations. In addition, the analysis of multimodal graph and text comprehension

from the cognitive perspective has the potential to contribute to the development of haptic graph

visualization, i.e. the haptic equivalent of visual graphs and verbal assistance for the haptic exploration of

graphs.

Schlagwörter:

Comprehension, multimodal; graph comprehension; text comprehension; modalities, representational

Subprojekt: Multimodal Representations in Communiation: Interaction of representational modalities in

communication

Graf, Christian

Laufzeit des Projektes:

1/2008 bis 12/2009

Projektbeschreibung:

In this dissertation, we investigate audio-tactile representations (tactile maps accompanied by verbal

assistance) and how they can be orchestrated to provide survey knowledge to the human user. The use of

multimodal representations to convey survey knowledge of an environment is assumed to outperform

monomodal representations. An information model is hypothesized that incorporates information to

automatically generate representations of an environment in a multimodal way, that is, by using tactilespatial

and propositional concepts. Tactile-spatial concepts are currently investigated in experiments to

guarantee that spatial concepts have realisations in the tactile domain that convey spatial information. Work

in the linguistic domain has already shown that language provides appropriate concepts to describe spatial

information. The information model contains two qualitatively distinct parts: the vocabularies and the rules.

For each representational modality and for each spatial concept, we have to store whether the concepts can be

realized in that modality, and how the abstract description in the model can be transformed into concrete

instances that are usable in a mode-dependent realisation. The approach to finding spatial concepts for each

modality and rules for the transformation between modalities is to gain insight into how people realize spatial

concepts in different modalities and how they do the transformation between them. The information model

provides a basis to systematically build audio-tactile representations that convey survey knowledge. The

results of the dissertation are expected to serve as one module in a workbench that provides the opportunity

to navigate through a virtual tactile map accompanied by verbal instructions that assist the user in acquiring

survey knowledge of the modelled environment to independently navigate through the world.

Schlagwörter

Communication, multimodal; maps, audio-tactile; modalities, representational; assistance, verbal;

Wissenschaftliche Zusammenarbeit

Tsinghua University, China

Finanzierung

Geldgeber: DFG

Laufzeit der Förderung: 4/2006 bis 9/2010

Sachmittel (Anteil Informatik): € 519.175

Personalmittel (Anteil

Informatik):

€ 614.790

2. Publikationen und weitere Leistungen

Wissenschaftliche Publikationen im Berichtszeitraum

Siehe Einträge der Kollegsangehörigen in den Berichten der AB NATS, TAMS und WSV.

Wichtige Publikationen aus den vergangenen Jahren 2003-2005

Siehe Einträge der Kollegsangehörigen in den Berichten der AB NATS, TAMS und WSV.


Graduiertenkolleg CINACS CINACS – ISR

Wissenschaftliche Vorträge

Siehe Einträge der Kollegsangehörigen in den Berichten der AB NATS, TAMS und WSV.

3. Wichtige weitere Aktivitäten

CINACS Summer School September 2008 in Hamburg

103


ISR – CINACS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

104


AB Sicherheit in verteilten Systemen SVS – VIKS

Arbeitsbereich

Sicherheit in Verteilten Systemen (SVS)

Vogt-Kölln-Straße 30, Haus F, 22527 Hamburg, Tel.: +49 40 428 83- 2510, Fax: 040 / 428 83- 2086

https://www.informatik.uni-hamburg.de/SVS/

1. Zusammenfassende Darstellung

Mitglieder der Departmenteinrichtung:

ProfessorInnen:

Prof. Dr. rer. nat. Joachim Posegga (Leiter des Arbeitsbereiches bis 3/2008)

Dr. rer. nat. Klaus-Peter Kossakowski (Vertretungsprofessor, Leiter des Arbeitsbereiches ab 9/2008)

AssistenInnen/Wiss. MitarbeiterInnen:

Dipl.-Inf. Christopher Alm (bis 5/2008), Dipl.-Inform. Bastian Braun (bis 6/2008), Dipl.-Inform. Martin

Johns (bis 4/2008), M.Sc. Hannah Lee, Dipl.-Inform. Robert Olotu, Dipl.-Inform., M.Sc. Information

Security Henrich C. Pöhls (bis 7/2008), Dipl.-Inform., M.Sc. Daniel Schreckling (bis 5/2008), HiWi Mathias

Baggendorf (ab 11/2008), HiWi Moritz Jodeit (von 2/2008 bis 5/2008), HiWi Tobias Sossidi (ab 11/2008)

Technisches und Verwaltungspersonal:

Ewelina Pawlowska

Allgemeiner Überblick

Der Arbeitsbereich Sicherheit in Verteilten Systemen wurde im Dezember 2003 gegründet; der vorliegende

Bericht skizziert somit die Entwicklungen im fünften Jahr des Arbeitsbereiches. Dieses Jahr ist durch den

Weggang von Prof. Posegga, einem Ruf der Universität Passau folgend, zum 1. April 2008 gekennzeichnet.

In der Folge beendeten auch die Mehrzahl der wissenschaftlichen Mitarbeiter ihre Tätigkeiten im

Arbeitsbereich, so dass vor allem die bestehenden Projekte beendet und abgewickelt wurden. Des weiteren

wurde durch die Unterstützung der verbleibenden wissenschaftlichen Mitarbeitern sowie des Einsatzes von

Prof. Dr. Klaus Brunnstein die Lehre während des Sommersemesters 2008 aufrecht erhalten.

Seit dem 1. Oktober 2008 wird die Lehre durch eine Vertretungsprofessur, befristet bis zum 30. September

2009, sichergestellt. Eine Ausschreibung der vakanten Professur wird vorbereitet.

Bisheriger Forschungsschwerpunkt des Arbeitsbereiches war die anwendungsorientierte Sicherheit im

Umfeld verteilter Systeme. Das Sicherheitslabor diente als Plattform und Infrastruktur für

Forschungsarbeiten und Lehrveranstaltungen. Das Labor ist seit 2006 vollständig etabliert. Dazu wurde ein

DFG-Antrag aus dem WAP-Programm im Volumen ca. 150 T€ gestellt, der Mitte 2005 genehmigt und 2006

in entsprechende Beschaffungen umgesetzt wurde; die Komponenten sind im Berichtszeitraum installiert und

in Betrieb genommen worden.

Im Bereich der Lehre wurden 2008 drei Vorlesungen erfolgreich abgeschlossen: „GSS“, „VIS“ und

„Sicherheit in Mobilen und Ubiquitären Systemen“. Weiterhin wurden zwei Projekte (Software- und

Netzwerksicherheit) und ein Praktika im Rahmen des Sicherheitslabors abgehalten, in dem Studierenden

praktische Kenntnisse von Sicherheitstechnologie vermittelt werden. Die Veranstaltungen waren sehr gut

besucht. Bedingt durch den veränderten Betreuungsschlüssel werden die Veranstaltungen im Sicherheitslabor

mit einer im Verhältnis zu den Vorjahren geringeren Studentenzahl als in den Vorjahren durchgeführt und es

konnten regelmäßig nicht alle Wünsche berücksichtigt werden.

Im internationalen Wissenschaftsbetrieb ist der Arbeitsbereich nach wie vor gut eingebunden und z.B. in

mehreren Programmkomitees renommierter Sicherheits-Konferenzen vertreten.

Auch die sehr gute Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl „Sicherheit in verteilten Anwendungen“ der TUHH

(Prof. Gollmann) wurde 2008 erfolgreich fortgesetzt, da Dr. Kossakowski bereits seit 2007 Lehraufträge an

der TUHH erfüllt hat und daher z.B. auch die Durchführung gemeinsamer Lehrveranstaltung (Oberseminar)

leicht fällt. Diese Zusammenarbeit soll 2009 weitergeführt werden.

Forschungsschwerpunkte

IT-Sicherheit ist heute ein sehr breit aufgestelltes, viele Facetten umfassendes Gebiet; SVS konzentriert sich

auf Forschungsfragen, die sich aus der Problematik der sicheren Nutzung von Systemen in verteilten

105


VIKS – SVS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

106

Umgebungen ergeben. Beispiele für solche Systeme reichen von unternehmensinterne IT-Systemen bis hin

zu globalen Anwendungssystemen im Bereich e-Business/e-Commerce.

Die Forschungsarbeiten lassen sich in die folgenden Bereiche strukturieren, die grob an einem Schichtenmodell

angelehnt sind:

Anwendungssicherheit (Application Security)

Auf der obersten Ebene spielen die Sicherheitseigenschaften von Anwendungssoftware eine zentrale Rolle;

der Schwerpunkt der Arbeiten lag bei der sicheren Nutzung sog. „Standard-Software“ (engl.: COTS); ein

Bereich, der in der Praxis die weitaus größte Anzahl von Sicherheitsproblemen verursacht, insbesondere im

kommerziellen Bereich. Die Grundproblematik ist dabei die im letzten Jahrzehnt rasant fortgeschrittene

Transition von geschlossenen und bisher abgeschotteten Systemarchitekturen in offene, vernetzte Systemen.

Das Ziel der Forschungsarbeiten ist die Konzeption und Realisierung neuer Methoden und Werkzeuge, Sicherheit

auf Anwendungsebene etablieren zu können: Dies beinhaltet sowohl Sicherheitsanalysen von Implementierungen

auf Schwachstellen (Buffer-/Heap-Overflows, usw.), als auch Fragen der sicherheitstechnischen

Konzeption von Anwendungssoftware und deren Integration in Sicherheitsarchitekturen.

In diesem Bereich ist das bestehende Projekt „Secologic“ und das 2006 startende EU-Projekt „R4eGov“, das

sich mit Workflow-Sicherheit beschäftigen wird, angesiedelt.

Sicherheitsarchitekturen und -dienste (Security Architectures and Services)

Um Anwendungen sicher betreiben zu können müssen entsprechende Sicherheitsarchitekturen und -dienste

zur Verfügung gestellt werden, auf die sich diese Anwendungen stützen können; dieser Bereich lässt sich

auch durch den Begriff „Sicherheits-Middleware“ charakterisieren. Der Arbeitsbereich widmete sich hier

sowohl dem Entwurf, als auch der Evaluierung geeigneter Technologien.

Das BMBF-Projekt ORKA beschäftigt sich mit Zugriffssteuerung (Access Control) und Berechtigungsmanagement

und nähert sich seinem Abschluss.

Netzwerksicherheit (Network Security)

Netzwerksicherheit ist eines der etabliertesten Gebiete der IT-Sicherheit. Der Arbeitsbereich beschäftigt sich

hier vorrangig mit Architekturfragen und dem Schutz von IT-Komponenten (Servern und Clients) und dem

sicheren Betrieb von verteilten Diensten in offenen Netzen.

Die bisherigen Aktivitäten bestanden in der Konzeption neuer Verfahren zur Realisierung von Netz-

Paradigmen, insbesondere im Umfeld des EU-Projekts „Bionets“.

Wissenschaftliche Zusammenarbeit

Industrie und industrienahe Forschungseinrichtungen in Deutschland

Philips Medical Systems, Hamburg (externe Diplomanden)

Deloitte & Touche, Hamburg (externe Diplomanden)

Weiterhin: siehe Projektpartner der Drittmittelprojekte

Ausstattung des Sicherheitslabors

Der Serverraum des Sicherheitslabors verfügt über eine Blade-basierte Server-Infrastruktur mit acht Blades

von FujitsuSiemens und über ein Fileserversystem der Firma Netapp. Einer der Blades ist als Deployment

Server eingerichtet, der die Steuerung aller Blades und die Kommunikation mit dem Netapp-Fileserver

übernimmt. Weiterhin fungiert dieser Deployment Server als Primary Domain Server mit dem

Betriebssystem Windows 2003 für den Arbeitsbereich.

Für den flexiblen Einsatz im Labor, Diplomandenraum und Serverraum sind 15 FujitsuSiemens Intel-

Rechner, 15 17-Zoll-TFT-Displays, ein Samsung 19-Zoll-TFT-Display, ein Intel4 Pentium-PC und zwei

Dual Core Barebone PCs vorhanden. Dazu kommen ein Macbook, ein Macmini sowie 7 FujitsuSiemens

Lifebooks.

Für die Netzwerkinfrastruktur sind diverse Komponenten im Einsatz, u.a. zwei HP IP-Layer 3 Procurve

Switches mit Modulen und 8 SMC Layer 2 Switches und 1 Cisco PIX Firewall.


AB Sicherheit in verteilten Systemen SVS – VIKS

2. Die Forschungsvorhaben der Departmenteinrichtung

Drittmittelprojekte

2.1 Scanstud

Johns, Martin und Jodeit, Moritz

Laufzeit des Projektes: 08/2007 - 02/2008

Projektbeschreibung:

Eine große Anzahl aktuell auftretender Sicherheitsprobleme sind auf Programmierfehler in den

verwundbaren Applikationen zurückzuführen. Aus diesem Grund ist es unerlässlich bestehende

Applikationen auf potentielle Sicherheitsprobleme im Source Code zu untersuchen (mittels eines so

genannten "Code Audits") und bei neu zu entwickelnden Anwendungen schon im Entwicklungsprozess auf

codebasierte Sicherheitsaspekte zu achten.

Besonders in Situationen in denen große, unüberschaubare Mengen an Code überprüft werden müssen, was

faktisch bereits in jedem mittelgroßen Entwicklungs-Projekt der Fall ist, können (teil-)automatisierte

Werkzeuge die Entwickler und Sicherheitsexperten bei solchen Unterfangen signifikant unterstützen. Eine

besondere Klasse solcher Werkzeuge sind Programme, die anhand des Source Codes einer Anwendung

mittels statischer Analyse eventuell vorhandene Sicherheitsprobleme aufzeigt. Solche Tools werden im

folgenden als Werkzeuge zur "sicherheitszentrischen statischen Analyse von Source Code" bezeichnet.

Ziel des Projektes ist es, die Leistungsfähigkeit aktuell angebotener, kommerzieller Werkzeuge zu

evaluieren.

Schlagworte: Sichere Software-Entwicklung

Finanzierung: Siemens AG

2.2 Referenzstelle für Basisdokumentation

Posegga, Joachim; Poehls, Henrich

Laufzeit des Projektes: 12/2004 - 07/2008, Projektabwicklung über HiTec e.V.

Projektbeschreibung:

Unabhängige Referenzstelle für die Errichtung, Verwaltung und Durchführung einer für Hamburg zentralen

Erfassung von (anonymisierten) Datensätzen im Rahmen der Basisdokumentation im ambulanten Sucht- und

Drogenhilfesystem mit dem Ziel der Erfassung und Zuordnung von Mehrfachmeldungen..

Schlagworte: Datenschutz

Finanzierung: BADO e.V.

2.3 R4eGov: “Towards e-Administration in the large”

Lee, Hannah; Posegga, Joachim; in Zusammenarbeit mit VSIS: von Riegen, Michael; Ritter, Norbert

Laufzeit des Projektes: 03/2006 - 02/2009

Projektbeschreibung:

Sicherheit und Interoperabilität sind zwei Kernaspekte der EU-Forschung im Bereich des eGovernment.

R4eGov stellt in diesem Rahmen ein integriertes Projekt aus dem sechsten Forschungsrahmenprogramm der

EU dar. Fakt ist, dass die meisten eGoverment-Systeme immer heterogen bleiben und Konfiguration der

Systeme sowie die Prozessdefinitionen immer unter der Kontrolle der lokalen Administrationen stehen

werden. Das Projekt R4eGov versucht an dieser Stelle die Anforderungen für das eGovernment auf EU-

Ebene zu finden, um eine Kollaboration von verschiedenen Systemen auf Basis von Web-Services und

Kollaboration zu ermöglichen. Die zu entwickelnden Werkzeuge, Rahmenwerke und Methoden sollen vor

allem eine sichere Zusammenarbeit von Systemen ermöglichen und die Nachvollziehbarkeit von Aktionen

gewährleisten.

107


VIKS – SVS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

108

Das Projekt selbst ist in zwei Säulen unterteilt, welche sich zum einen mit der Interoperabilität und zum

anderen mit Sicherheit von verteilten Systemen beschäftigen. Ziel ist die Entwicklung von zwei

Rahmenwerken:

• Das Rahmenwerk R4-IOP wird kollaborative BPM-Technologien definieren, erweitern und für die

eGovernment-Domäne anwenden.

• R4-ORC wird ein konzeptuelles und technisches Rahmenwerk liefern, was eine sichere

Zusammenarbeit zwischen öffentlichen Einrichtungen ermöglicht.

Die Arbeitsbereiche SVS und VSIS arbeiten innerhalb des Projektes am R4-ORC-Rahmenwerk zusammen.

Kernaspekte der Forschungsarbeit des Arbeitsbereichs SVS sind Sicherheitsanforderungen von

kollaborativen Workflows und Sicherheitsarchitekturen für kollaborativen Workflows mit

Sicherheitsgrundsatz, organisatorische Kontrollprinzipien und zugriffssteurung.

Projektpartner:

SAP AG, Eurecom, Unisys, Eurojust, Europol, usw.

Schlagworte: Sicherheit in Verteilte Systeme

Finanzierung: European Commission

2.4 BIONETS

Posegga, Joachim; Schreckling, Daniel; Schwardt, Christopher; Kreischer, Daniel

Laufzeit des Projektes: 01/2006 - 12/2009, Projektabwicklung über HiTec e.V.

Projektbeschreibung:

Das Projekt “Biologically-Inspired Networks and Services” (BIONETS) ist durch gegenwärtige

Weiterentwicklungen der Prevasive Computing Industrie und durch aktuelle Forschungsinitiativen in diesem

Bereich motiviert und basiert auf der Annahme, dass in naher Zukunft tausende kleiner netzwerkfähiger

Geräte unterschiedlichster Funktionalität unsere fünf Sinne ergänzen und unseren Alltag erleichtern werden.

Annahme ist, dass die Komplexität dieser Umgebungen, der lebender Organismen, Ökosystemen und

sozioökonomischer Systeme stark ähneln wird. Klassische Ansätze der Kommunikation sind in diesem

Kontext ineffektiv, da sie folgende wichtige Eigenschaften nicht berücksichtigen: sehr große Anzahl billiger

und heterogener Geräte, hohe Mobilität der Netzwerkknoten, hoher Verwaltungsaufwand, brach liegen von

Ressourcen.

BIONETS versucht diese Probleme durch einen neuen Ansatz zu lösen. Natur und Gesellschaft zeigen viele

Beispiele auf, in denen es großen Populationen möglich ist effiziente Gleichgewichtszustände zu erreichen

und leistungsfähige Strategien zur Kooperation und Überlebenssicherung zu entwickeln. Durch die

Ausnutzung lokaler Wechselbeziehungen sind einige dieser Populationen sogar in der Lage selbst ohne das

Vorhandensein zentraler Organisationsstrukturen zu funktionieren. Systeme dieser Art sollen BIONETS

Inspiration sein für die Entwicklung komplett integrierter Netzwerk- und Dienst-Umgebungen, die selbst in

der Gegenwart tausender heterogener Geräte gut skalieren und gleichzeitig in der Lage sind sich autonom an

eine wechselnde Umgebung anzupassen.

Um diese Herausforderungen zu meistern wählt BIONETS ein Paradigma, das auf autonomer und lokaler

Peer-to-Peer Kommunikation beruht. So wie sich lebende Organismen durch natürliche Selektion

weiterentwickeln sind Dienste in BIONETS autonom und selbstmodifizierend, um sich an die Umgebung

anzupassen.

SVS beteiligt sich im Projekt BIONETS als Leiter des Sicherheitsarbeitspaketes und hat damit einerseits die

Möglichkeit neuartige Technologien zu entwickeln und diese direkt in den Entwicklungsprozess des Systems

zu integrieren.

Schlagworte: Sicherheitstechnologien für zukünftige Systeme

Publikationen aus dem Projekt:

Levente Buttyan, Laszlo Dora, Fabio Martinelli, Marinella Petrocchi, Sanjay Rawat, Roberto Cascella,

Roberta D’Amico, Jovan Golic, Daniel Schreckling: Towards Security in BIONETS, August 2007

P. Dini, D. Schreckling: “More Notes on Abstract Algebra and Logic: Towards their Application to Cell

Biology and Security”, 1st OPAALS Workshop in Rome, November 26-27, 2007


AB Sicherheit in verteilten Systemen SVS – VIKS

L. Yamamoto, D. Schreckling, T. Meyer: “Self-Replicating and Self-Modifying Programs in Fraglets”, 2nd

International Conference on Bio-Inspired Models of Network, Information, and Computing Systems

(BIONETICS), December 10-13, 2007, Budapest, Hungary

D. Bliefernicht, D. Schreckling: “Highly Adaptive Cryptographic Suites for Autonomic WSNs”,

International Workshop on Technologies for Situated and Autonomic Communications (SAC), December

10-13, 2007, Budapest, Hungary, in conjunction with BIONETICS'07

Finanzierung: European Commission

2.5 ORKA: Organisatorische Kontrollarchitektur

Alm, Christopher; Posegga, Joachim

Laufzeit des Projekts:05/2006 – 10/2008, Projektabwicklung über HITeC e.V.

Projektbeschreibung:

Ziel des Projekts ORKA ist eine Symbiose von organisatorischer Kontrolle, die im professionellen Bereich

beispielsweise bei der Umsetzung von Geschäftsprozessen auf IT-Systeme notwendig ist, und digitalem

Berechtigungsmanagement. Dies beinhaltet die Entwicklung und Implementierung von ganzheitlichen

Sicherheitskonzepten für rollenbasierte Sicherheitsrichtlinien, die organisatorische Kontrollprinzipien wie

zum Beispiel das Vier-Augen-Prinzip oder benutzerinitiierte Delegation von Rechten abbilden können. Es

soll somit eine Autorisierungsarchitektur entwickelt werden, welche die Spezifikation, die Überprüfung und

die anschließende Umsetzung von solchen Sicherheitsrichtlinien ermöglicht. Die Mechanismen sollen dabei

insbesondere im Kontext von workflow-basierten Systemen eingesetzt werden und in Form einer

Middleware-Komponente durchgesetzt werden.

Der Arbeitsbereich SVS ist verantwortlich im Themenbereich Spezifikation von Sicherheitsrichtlinien, in

dem insbesondere eine dedizierte neue Beschreibungssprache für Sicherheitsrichtlinien entwickelt wurde.

Außerdem arbeitet SVS im Themenbereich Validierung von Sicherheitsrichtlinien mit.

Projektpartner: Fraunhofer Institut für sichere Informationstechnologie (Konsortialführer), Eurosec GmbH,

Technologie-Zentrum Informatik (Universität Bremen), SAP AP, Parks-Informatik GmbH.

Schlagworte:Sicherheitsrichtlinien

Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

3. Publikationen und weitere Leistungen

Wissenschaftliche Publikationen im Berichtszeitraum

Steinorth, M.; Johns, M.: „Zeitverläufe bei automatisierten Penetrationstests“, In: 15. DFN-CERT Workshop

"Sicherheit in vernetzten Systemen", Hamburg, Germany, February 2008

Johns, M.; Engelmann, B.; Posegga, J.: “XSSDS: Server-side detection of cross-site scripting attacks", In:

Annual Computer Security Applications Conference (ACSAC '08), Anaheim, USA, December 2008

Henrich C. Pöhls: “ConCert: Content Revocation Using Certificates”, In: GI Sicherheit 2008, Saarbrücken,

Saarland, Germany, April 2008.

Henrich C. Pöhls, Lars Westphal: „Die ‚Untiefen’ der neuen XML-basierten Dokumentenformate“,

In: 15. DFN Workshop "Sicherheit in vernetzten Systemen", Hamburg, Germany, February 2008.

Begutachtungen und abgeschlossene Betreuungen am Department

Wissenschaftliche Vorträge

Johns, M.; Jodeit, M.: "Scanstud - Evaluating static analysis tools", OWASP AppSec 2008, May 22nd,

2008, Ghent, Belgium

Johns, M.: “XSSDS: Server-side detection of cross-site scripting attacks", talk at the ACSAC 2008

conference, December 2008, Annaheim, USA

109


VIKS – SVS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

4. Wichtige weitere Aktivitäten

Mitarbeit in wissenschaftlichen außeruniversitären Gremien

110

Johns, Martin

Mitglied des Programmkommittees, 7th OWASP AppSec Confernece (OWASP AppSec Europe 2008),

Ghent, Belgien.

Mitglied des Programmkommittees, Fifth Conference on Detection of Intrusions and Malware &

Vulnerability Assessment (DIMVA 2008), Paris, France

Kossakowski, Klaus-Peter

Mitglied des Programmkommittees, BSI-Sicherheitskongress, Mai 2009, Bonn, Deutschland.

Mitglied des Programmkommittees, 16. DFN Workshop „Sicherheit in verteilten Systemen“, März 2009,

Hamburg, Deutschland.

Mitarbeit in universitären Gremien

Posegga, Joachim

Mitglied im Prüfungsausschuss

Mitglied im Studienreformausschuss

Mitglied im Ausschuss Kooperation Uni – TU HH

Begutachtungstätigkeit

Schreckling, Daniel

Reviewer für

- IEEE Transactions on Industrial Informatics und

- IEEE/ACM Transactions on Networking

Sonstige Aktivitäten

Posegga, Joachim

Mitglied des Editorial Boards des International Journal of Pervasive Computing and Communications.

Mitglied im technischen Beirat des Hamburger Landeswahlleiters


AB Theoretische Informatik TGI - VIKS

Arbeitsbereich

Theoretische Grundlagen der Informatik (TGI)

Vogt-Kölln-Str. 30, Haus C, 22527 Hamburg, Tel.: +49 40 428 83-2407 (Sekretariat), Fax:. +49 40 428 83-2246

http//:www.informatik.uni-hamburg.de/TGI

1. Zusammenfassende Darstellung

Mitglieder der Departmenteinrichtung:

ProfessorInnen:

Dr. Rüdiger Valk (Leiter); Dr. Matthias Jantzen; Dr. Manfred Kudlek (ab 26.09.2005 pensioniert);

Ehrenprofessor Dr. Carl Adam Petri (Professor gemäß § 17(1) HmbHG)

AssistenInnen/Wiss. MitarbeiterInnen:

Dr. Dipl.-Inf. Michael Köhler; Dr. Dipl.-Inf. Daniel Moldt; Dipl.-Inf. Lawrence Cabac; Dipl.-Inf. Michael

Duvigneau, Dipl.-Inf. Matthias Wester-Ebbinghaus (Stipendiat bis 09/2008, Wissenschaftlicher Mitarbeiter

ab 10/2008), Dipl.-Inf. Frank Heitmann (ab 4/2008)

Technisches und Verwaltungspersonal:

Gäste:

Margit Wichmann (ab 1/2008)

Prof. Krassimira Schwertner, (Sofia, Bulgarien), 15. - 28.6.2008

Prof. Ludwik Czaja, (Warschau, Polen), 21. - 28.6.2008

Prof. Cristian Masalagiu, (Iaşi, Rumänien), 20. - 27.7.2008

Prof. Giorgi Chobanov, (Sofia, Bulgarien), 15. - 22.12.2008

Allgemeiner Überblick

Die schnelle technologische Entwicklung und der zunehmende Einsatz von Informatiksystemen machen

theoretische Studien und Grundlagenforschung immer notwendiger. Ein wichtiger Schwerpunkt des

Arbeitsbereichs TGI ist daher die Untersuchung von komplexen Systemen auf der Grundlage formaler

Modelle. Dabei stehen folgende Problemkreise im Vordergrund: korrekte Darstellung (Syntax), inhaltliche

Korrektheit (Semantik), Erfüllung von Spezifikationen (Verifikation), effiziente Realisierung (Komplexität).

Der Arbeitsbereich ist darüber hinaus an der nichtformalen Informatik-Grundlagenforschung beteiligt

(Selbstverständnis, erkenntnistheoretische und philosophische Bezüge, Auswirkungen von Problemen der

Softwarekorrektheit, Informatikgrundlagen für Soziologieanwendungen).

Forschungsschwerpunkte

Programmsysteme basieren wesentlich auf Programmiersprachen oder Deduktionssystemen, auf

Programmierparadigmen und Spezifikationstechniken. Ihre Entwicklung beruht weitgehend auf Ergebnissen

der Theoretischen Informatik. Während das Gebiet in der Lehre fast lückenlos dargestellt wird, findet in der

Forschung eine Konzentration auf einige Teilgebiete statt.

Formale Sprachen und Kalküle

Abstrakte Modellbildungen sind erforderlich, um daran Lösungsparadigmen untersuchen und

weiterentwickeln zu können. Deren Anwendbarkeit und Grenzen werden im Bereich der Formalen Sprachen

und Kalküle studiert. Eingesetzt werden die Ergebnisse für Spezifikationen von Programmcode, Prozessen

und Wissensrepräsentation. Modelle von Automaten, Grammatiken, Ersetzungskalkülen bzw.

Deduktionssystemen stellen konkrete Studienobjekte dar, die in ihrer Mächtigkeit verglichen und zueinander

in Beziehung gesetzt werden.

Berechenbarkeit und Komplexität

Gegenstand der Theorie der Berechenbarkeit ist es, Funktionen dahingehend zu untersuchen, ob sie durch ein

algorithmisches Verfahren berechnet werden können. Um den Begriff Algorithmus festzulegen, ist ein

mathematischer Formalismus erforderlich, der üblicherweise durch Turing-Maschinen gegeben ist. Das

Hauptziel der Komplexitätstheorie ist es, grundlegende Aussagen zu machen, mit welchem Aufwand an

Speicherplatz und Rechenzeit algorithmische Probleme auf einer Maschine gelöst werden können. Von

111


VIKS - TGI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

112

besonderer Wichtigkeit sind dabei untere Schranken, also Aussagen über den Mindestbedarf an Ressourcen,

die erforderlich sind, um ein Problem auf einer Maschine zu lösen.

Nebenläufige Systeme und verteilte Algorithmen

Heutige Informatiksysteme erbringen Dienste vorwiegend durch kooperierende und kommunizierende

Prozesse, Rechner, andere Geräte oder Menschen. Bei der Modellierung und Analyse der dabei auftretenden

Erscheinungen und Probleme werden seit vielen Jahren erfolgreich Petrinetze eingesetzt. Höhere Petrinetze

erlauben die konkrete Spezifikation und den detaillierten Entwurf sowohl sequentieller als auch

nebenläufiger Systeme. Durch die Analyse ihrer Struktur, der Entwicklung von Analyseverfahren, der

Modellierung und der praktischen Implementierung hat sich der Arbeitsbereich TGI einen internationalen

Ruf erworben. Dies gilt insbesondere für die durch ihn entwickelten Objekt-Petrinetze.

Softwaretechnischer Systementwurf mit Hilfe von Petrinetzen

Das Programmieren im Großen erfordert spezielle Methoden der Strukturierung und Darstellung, der

softwaretechnischen Erstellung, des Versionen- und Projektmanagements. Auf der Basis von Petrinetzen

werden hierzu Beiträge erarbeitet. Als theoretische Grundlagen werden insbesondere das Konzept der

Petrinetze als Marken und die Agentenorientierung als Strukturierungskonzept berücksichtigt.

Prozessmodellierung

In allen Bereichen der Informatik werden Prozesse als Modellierungskonzept verwendet. Am Arbeitsbereich

TGI werden dazu theoretische, praktische und angewandte Fragestellungen aufgegriffen und ganzheitlich

bearbeitet. So werden insbesondere theoretische Grundlagen von Prozessen beispielsweise in Workflowmanagementsystemen,

flexiblen Fertigungssystemen, Softwareentwicklungsprozessen, dienstorientierten

Architekturen, Organisationen und Unternehmen, Process Mining oder für die Verwendung in der

Wirtschaftsinformatik untersucht.

Grundlagen der Informatik und Bezüge zu anderen Disziplinen

Der Arbeitsbereich hat sich wiederholt an Diskussionen über das Selbstverständnis der Informatik allgemein

sowie über Paradigmenwechsel in der Softwareproduktion beteiligt. Einige Arbeiten befassen sich mit

Bezügen zu erkenntnistheoretisch/philosophischen, psychologischen, linguistischen, soziologischen oder

wirtschaftswissenschaftlichen Fragestellungen.

Wissenschaftliche Zusammenarbeit

Viele persönliche Kontakte, keine mit Verträgen

Ausstattung

16 Arbeitsplatz-PCs und Notebooks werden von den Hochschullehrern, wissenschaftlichen Mitarbeitern und

Doktoranden genutzt (davon 5 aus dem Beschaffungsjahr 2004 oder früher). Dazu kommen 3 Notebooks für

spezielle Aufgaben. 3 (davon 1 aus dem Beschaffungsjahr 2004 oder früher) weitere Arbeitsplatz-PCs und

Notebooks werden von den Diplomanden genutzt. 2 Arbeitsplatz-PCs werden vom Verwaltungspersonal

genutzt sowie 1 weiterer von studentischen Hilfskräften. Schließlich stehen 8 DV-Plätze im studentischen

Pool des TGI-Labors zur Verfügung.

2. Die Forschungsvorhaben der Departmenteinrichtung

Etatisierte Projekte

2.1 Nebenläufige Systeme, Petrinetze und verteilte Algorithmen

Valk, Rüdiger, Prof. Dr.; Petri, Carl Adam, Prof. Dr.; Moldt, Daniel, Dr.; Köhler-Bußmeier, Michael, Dr.;

Duvigneau, Michael; Cabac, Lawrence; Heitmann, Frank; Wester-Ebbinghaus, Matthias

Laufzeit des Projektes:

seit 1994

Projektbeschreibung:

Heutige Informatiksysteme erbringen Dienste vorwiegend durch kooperierende und kommunizierende

Prozesse oder Rechner. Bei der Modellierung und Analyse der dabei auftretenden Erscheinungen und

Probleme werden seit vielen Jahren Petrinetze eingesetzt. Durch die Analyse ihrer Struktur und der

Entwicklung von Analyseverfahren hat sich der Arbeitsbereich TGI einen internationalen Ruf erworben. Das

Projekt widmet sich der Theorie der Nebenläufigkeit im Allgemeinen und den Petrinetzen im Speziellen. Der


AB Theoretische Informatik TGI - VIKS

Forschungsgegenstand reicht dabei von Grundlagenfragen bis hin zur Unterstützung durch das Werkzeug

RENEW. Daneben betreut der Arbeitsbereich die internationale Petrinetzbibliographie und das offizielle

Web-Portal der Petrinetz-Forschungsgemeinschaft. Schwerpunktmäßig erforscht TGI in diesem Projekt die

formalen Eigenschaften der Objektnetze, d.h. Petrinetze mit Petrinetzen als Marken. Ihre Eigenschaften sind

komplexer als die elementarer Netze. Objektnetze liefern fundamentale Aussagen zu geschachtelten oder

mobilen Systemen. Die theoretischen Ergebnisse werden genutzt, um die strukturelle Analyse komponenten-

und agentenorientierter Petrinetze zu unterstützen. Von großen praktischen Nutzen ist auch die Analyse von

Objektnetzen durch die Exploration ihrer Zustandsräume (engl. model checking). Die Forschungsergebnisse

fließen in die kontinuierliche Weiterentwicklung der Java-basierten Entwicklungs- und Ausführungsumgebung

RENEW ein, die heute einen festen Platz unter den Petrinetzwerkzeugen einnimmt.

Schlagwörter:

Nebenläufigkeit; Petrinetze; Netze-in-Netzen; Objektnetze; Verfikation; Strukturelle Analyse; RENEW

Publikationen aus dem Forschungsbereich

Cabac, L.; Denz, N.: Net Components for the Integration of Process Mining into Agent-Oriented Software

Engineering, Transactions on Petri Nets and Other Models of Concurrency I (ToPNoC), Band 5100:86-

103, 2008

Cabac, L.; Dirkner, R.; Moldt, D.: Modeling with Service Dependency Diagrams, In: Moldt et al. , editors,

Proceedings of the 6th International Workshop on Modelling, Simulation, Verification and Validation of

Enterprise Information Systems, MSVVEIS-2008, In conjunction with ICEIS 2008, Barcelona, Spain,

June 2008, 109-118

Cabac, L.; Dörges, T.; Duvigneau, M.; Moldt, D.; Reese, C.; Wester-Ebbinghaus, M.: Agent Models for

Concurrent Software Systems, In: R. Bergmann; G. Lindemann (Hrsg.), Proceedings of the Sixth German

Conference on Multiagent System Technologies, MATES'08, Band 5244 der Reihe Lecture Notes in

Artificial Intelligence, 37-48, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2008

Cabac, L.; Dörges, T.; Rölke, H.: A Monitoring Toolset for Petri Net-based Agent-oriented Software

Engineering, In: R. Valk; K. M. van Hee (Hrsg.), 29th International Conference on Application and

Theory of Petri Nets, Xi'an, China, Band 5062 der Reihe Lecture Notes in Computer Science, 399-408,

Springer-Verlag, 2008

Cabac, L.; Moldt, D.; Schlüter, J.: Adding Runtime Net Manipulation Features to MulanViewer, In: 15.

Workshop Algorithmen und Werkzeuge für Petrinetze, AWPN'08, Universität Rostock, p 87-92, 2008

Cabac, L.; Schlüter, J.: ImageNetDiff: A Visual Aid to Support the Discovery of Differences in Petri Nets,

In: 15. Workshop Algorithmen und Werkzeuge für Petrinetze, AWPN'08, Universität Rostock, p 93-98,

2008

Köhler-Bußmeier, M.; Heitmann, F.: On the Expressiveness of Communication Channels for Object Nets, In:

H.-D. Burkhard; L. Czaja; G. Lindemann; A. Skowron (Hrsg.), Proceedings of the International

Workshop on Concurrency, Specification, and Programming (CS&P 2008), Band 2, 253-264, 2008

Köhler-Bußmeier, M.; Kudlek, M.: Linear Properties of Zero-Safe Nets with Debit Tokens, Fundamenta

Informaticae, Band 85(1-4):329-342, 2008

Köhler-Bußmeier, M.; Wester-Ebbinghaus, M.: Automatic Generation of Distributed Team Formation

Algorithms from Organizational Models, In: J. Hübner; O. Boissier (Hrsg.), Workshop on Coordination,

Organizations, Institutions, and Norms in Agent Systems, COIN'08, 2008

Mitreiter, K.: Einbetten der grafischen Benutzungsschnittstelle von Renew in Eclipse, Diplomarbeit,

Universität Hamburg, Department Informatik, Vogt-Kölln Str. 30, D-22527 Hamburg, 2008

Cabac, L.; Duvigneau, M.; Moldt, D.; Schleinzer, B.: Plugin-Agents as Conceptual Basis for Flexible

Software Structures, In: Multi-Agent Systems and Applications V. Fifth International Central and East

European Conference, CEEMAS'07, Leipzig. Proceedings, Band 4696 der Reihe Lecture Notes in

Computer Science, 340-342, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2007

Köhler, M.: Reachable Markings of Object Petri Nets, Fundamenta Informaticae, Band 79(3-4):401-413,

2007

Köhler, M.; Farwer, B.: Object Nets for Mobility, In: J. Kleijn; A. Yakovlev (Hrsg.), International

Conference on Application and Theory of Petri Nets 2007, Band 4546 der Reihe Lecture Notes in

Computer Science, 244-262, Springer-Verlag, 2007

Köhler, M.; Kudlek, M.: Zero-safe nets with debit tokens, In: Proceedings of the International Workshop on

Concurrency, Specification, and Programming (CS&P 2007), 2007

Köhler, M.; Rölke, H.: Dynamic Transition Refinement, Electronic Notes in Theoretical Computer Science,

Band 175:119-134, 2007

Köhler, M.; Rölke, H.: Web Service Orchestration with Super-Dual Object Nets, In: J. Kleijn; A. Yakovlev

(Hrsg.), International Conference on Application and Theory of Petri Nets 2007, Band 4546 der Reihe

Lecture Notes in Computer Science, 263-280, Springer-Verlag, 2007

113


VIKS - TGI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

114

Simmendinger, F.; Cabac, L.; Duvigneau, M.; Knaak, N.: Controlling OSGi Bundles with Petri Nets, In:

Moldt et al. , editors, Proceedings of the International Workshop on Petri Nets and Software Engineering

(PNSE'07), 220-225

Cabac, L.; Duvigneau, M.; Moldt, D.; Rölke, H.: Applying Multi-agent Concepts to Dynamic Plug-in

Architectures, In: J. Mueller; F. Zambonelli (Hrsg.), Agent-Oriented Software Engineering VI: 6th

International Workshop, AOSE 2005, Utrecht, Netherlands, July 21, 2005. Revised Selected Papers,

Band 3950 der Reihe Lecture Notes in Computer Science, 190-204, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg,

New York, 2006

Duvigneau, M.; Rölke, H.; Wienberg, F.: Informal Introduction to the Feature Structure Nets Tool - A Tool

for Process and Information Modeling, In: Moldt, D.; editors, Proceedings of the 13th Workshop

Application and Tools for Petri Nets. AWPN'06, 85-91

Kummer, O.; Wienberg, F.; Duvigneau, M.: Renew - The Reference Net Workshop, Available at:

http://www.renew.de/, 2006. Release 2.1

Kummer, O.; Wienberg, F.; Duvigneau, M.: Renew - User Guide, University of Hamburg, Faculty of

Informatics, Theoretical Foundations Group, Hamburg, release 2.1 Auflage, 2006. Available at:

http://www.renew.de/

Köhler, M.: Algebraische Erweiterung von Objektnetzen, In: Moldt, D.; editors, Proceedings of the 13th

Workshop Application and Tools for Petri Nets. AWPN'06

Köhler, M.: Reachable Markings of Object Petri Nets, In: H.-D. Burkhard; L. Czaja; G. Lindemann; A.

Skowron (Hrsg.), Proceedings of the International Workshop on Concurrency, Specification, and

Programming (CS&P 2006), 2006

Köhler, M.: The Reachability Problem for Object Nets, In: Moldt, D.; editors, Proceedings of the Fourth

International Workshop on Modelling of Objects, Components, and Agents. MOCA'06, 179-198

Köhler, M.; Farwer, B.: Modelling Global and Local Name Spaces for Mobile Agents Using Object Nets,

Fundamenta Informaticae, Band 72(1-3):109-122, 2006

Köhler, M.; Moldt, D.; Ortmann, J.: Dynamic Service Composition: A Petri-Net Based Approach, In: Y.

Manolopoulos; J. Filipe; P. Constantopoulos; J. Cordeiro (Hrsg.), Proceedings of the Eighth International

Conference on Enterprise Information Systems (ICEIS 2006) - Software Agents and Internet Computing,

159-165, 2006

Köhler, M.; Moldt, D.; Ortmann, J.: Dynamic Service Composition: A Petri-Net Based Approach, In: Y.

Manolopoulos; J. Filipe; P. Constantopoulos; J. Cordeiro (Hrsg.), Proceedings of the Eighth International

Conference on Enterprise Information Systems (ICEIS 2006) - Software Agents and Internet Computing,

159-165, 2006

Köhler, M.; Rölke, H.: Dynamic Transition Refinement, In: Proceedings of the Workshop on Foundations of

Coordination Languages and Software Architectures (FOCLASA), Technical Report ITI-06-07,

Department of Computer Science, University of Malaga, 117-132, 2006

Köhler, M.; Rölke, H.: Properties of Super-Dual Nets, Fundamenta Informaticae, Band 72(1-3):245-254,

2006

2.2 Organisationen und Geschäftsprozesse

Valk, Rüdiger, Prof. Dr.; Moldt, Daniel, Dr.; Köhler-Bußmeier, Michael, Dr.; Wester-Ebbinghaus, Matthias;

Markwardt, Kolja; Reese, Christine; Ortmann, Jan

Laufzeit des Projektes:

Seit 1999

Projektbeschreibung:

Eine wesentliche Aufgabe der Informatik ist die Unterstützung beziehungsweise Ermöglichung soziotechnischer

Kopplung. In diesem Zusammenhang nehmen realweltliche Organisationen eine zweifaltige

Rolle ein. Zum einen stellen sie einen der wichtigsten Anwendungsfälle für die Integration von

Informationstechnologie und sozialem System dar. Zum anderen sind Organisationen sozio-technische

Systeme per se, indem sie eine Integration von Formalstruktur und informellen sozialen Beziehungen

vornehmen. In diesem Sinne sind Organisationen nicht nur Anwendungsfall, sondern auch universelle

Inspirationsquelle und Leitbild für die Realisierung sozio-technischer Kopplung. Im Rahmen des

Forschungsschwerpunktes werden ausgehend von Organisationstheorien, soziologischen Theorien sowie

betriebswirtschaftlichen Grundlagen Modelle mittels formaler und semiformaler Techniken erstellt, die die

wesentlichen Strukturen und Prozesse widerspiegeln. Insbesondere kommen (höhere) Petrinetze als

Modellierungstechnik zum Einsatz. Die einzelnen Teilprojekte widmen sich dabei jeweils verschiedenen

Aspekten wie bspw. der Konzeptualisierung von Organisationseinheiten (verschiedenen Typs), formalen

Spezifikationen von organisatorischen/institutionellen Handlungen, der Mikro/Makro-Wechselwirkung,

Selbstorganisation oder Geschäftsprozessen. Auf der softwaretechnischen Seite wird insbesondere an der


AB Theoretische Informatik TGI - VIKS

Übertragung der grundsätzlichen Mechanismen auf informatische Modellierungstechniken und

Ausführungsumgebungen gearbeitet.

Schlagwörter:

Organisation; Organisationseinheit; Organisationstheorie; Sozionik; Soziologie; Selbstorganisation;

Geschäftsprozesse; Web-Engineering; Workflows; Multiagentensystem; Workflowmanagementsystem;

Petrinetze; Netze-in-Netzen; RENEW

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Köhler-Bußmeier, M.; Langer, R.: Agentensysteme als reflexive, soziale Praxisformen, Mitteilung 340 der

Universität Hamburg, Department Informatik, 2008

Köhler-Bußmeier, M.; Wester-Ebbinghaus, M.: Automatic Generation of Distributed Team Formation

Algorithms from Organizational Models, In: J. Hübner; O. Boissier (Hrsg.), Workshop on Coordination,

Organizations, Institutions, and Norms in Agent Systems, COIN'08, p 71-87, 2008

Reese, C.; Wester-Ebbinghaus, M.; Dörges, T.; Cabac, L.; Moldt, D.: Introducing a Process Infrastructure for

Agent Systems, In: M. Dastani; A. El Fallah; J. a. Leite; P. Torroni (Hrsg.), LADS'007 Languages,

Methodologies and Development Tools for Multi-Agent Systems, Band 5118 der Reihe Lecture Notes in

Artificial Intelligence, 225-242, 2008. Revised Selected and Invited Papers

Wester-Ebbinghaus, M.; Köhler-Bußmeier, M.; Moldt, D.: From Multi-Agent to Multi-Organization

Systems: Utilizing Middleware Approaches, In: A. Artikis; G. Picard; L. Vercouter (Hrsg.), International

Workshop Engineering Societies in the Agents World (ESAW 08), 2008

Wester-Ebbinghaus, M.; Moldt, D.: A Janus-Faced Net Component for the Prototyping of Open Systems, In:

AWPN, Band 380 der Reihe CEUR Workshop Proceedings, 25-30, CEUR-WS.org, 2008

Wester-Ebbinghaus, M.; Moldt, D.: Modelling Multi-Agent Systems with Organizations in Mind, In: Moldt

et al. , editors, Proceedings of the 6th International Workshop on Modelling, Simulation, Verification and

Validation of Enterprise Information Systems, MSVVEIS-2008, In conjunction with ICEIS 2008,

Barcelona, Spain, June 2008, 81-90

Wester-Ebbinghaus, M.; Moldt, D.: Structure in Threes: Modelling Organization-Oriented Software

Architectures Built Upon Multi-Agent Systems, In: L. Padgham; D. C. Parkes; J. Müller; S. Parsons

(Hrsg.), 7th International Joint Conference on Autonomous Agents and Multiagent Systems (AAMAS

2008), Estoril, Portugal, May 12-16, 2008, Volume 3, 1307-1310, IFAAMAS, 2008

Köhler, M.: A Formal Model of Multi-Agent Organisations, Fundamenta Informaticae, Band 79(3-4):415-

430, 2007

Köhler, M.; Langer, R.; von Lüde, R.; Moldt, D.; Rölke, H.; Valk, R.: Socionic Multi-Agent Systems Based

on Reflexive Petri Nets and Theories of Social Self-Organisation, Journal of Artificial Societies and

Social Simulation, Band 10(1), 2007

Köhler, M.; Rölke, H.: Dynamic Transition Refinement, Electronic Notes in Theoretical Computer Science,

Band 175:119-134, 2007

Köhler, M.; Rölke, H.: Web Service Orchestration with Super-Dual Object Nets, In: J. Kleijn; A. Yakovlev

(Hrsg.), International Conference on Application and Theory of Petri Nets 2007, Band 4546 der Reihe

Lecture Notes in Computer Science, 263-280, Springer-Verlag, 2007

Köhler, M.; Wester-Ebbinghaus, M.: Closing the Gap Between Organizational Models and Multi-Agent

System Deployment, In: Multi-Agent Systems and Applications V, Band 4696 der Reihe Lecture Notes in

Artificial Intelligence, 307-309, Springer-Verlag, 2007

Köhler, M.; Wester-Ebbinghaus, M.: Petri Net-Based Specification and Deployment of Organizational

Models, In: Moldt et al. , editors, Proceedings of the International Workshop on Petri Nets and Software

Engineering (PNSE'07), 67-81

Wester-Ebbinghaus, M.; Moldt, D.; Reese, C.; Markwardt, K.: Towards Organization-Oriented Software

Engineering, In: H. Züllighoven (Hrsg.), Software Engineering Konferenz 2007 in Hamburg: SE'07

Proceedings, Band 105 der Reihe LNI, 205-217, GI, 2007

Köhler, M.; Moldt, D.; Ortmann, J.: Dynamic Service Composition: A Petri-Net Based Approach, In: Y.

Manolopoulos; J. Filipe; P. Constantopoulos; J. Cordeiro (Hrsg.), Proceedings of the Eighth International

Conference on Enterprise Information Systems (ICEIS 2006) - Software Agents and Internet Computing,

159-165, 2006

Köhler, M.; Valk, R.: Theoriebewertung und Modellerstellung: ein Erfahrungsbericht, In: R. Valk (Hrsg.),

Ordnungsbildung und Erkenntnisprozesse, Hamburg University Press, 2006

Rölke, H.; Wester-Ebbinghaus, M.: Agentenbasierte Petrinetzsimulation - Ein teambasierter Ansatz, In:

Moldt, D.; editors, Proceedings of the 13th Workshop Application and Tools for Petri Nets. AWPN'06,

79-84

Rölke, H.; Wester-Ebbinghaus, M.: Petri-net Based Team Modules for Collaborative Multi-agent Action, In:

Moldt, D.; editors, Proceedings of the Fourth International Workshop on Modelling of Objects,

Components, and Agents. MOCA'06, 245-266

115


VIKS - TGI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

116

Wester-Ebbinghaus, M.: Implementing Multi-Agent Teamwork Via Reference Net Team Modules,

International Transactions on Systems Science and Applications, p 343 – 351, 2006

Wester-Ebbinghaus, M.; Moldt, D.: Auf dem Weg zu organisationsorientierter Softwareentwicklung,

Available at: http://www.informatik.uni-hamburg.de/TGI/publikationen/public/data/2006/Wester+06/

Wester+06.pdf, 2006

2.3 Modellierung und Systemgestaltung

Moldt, Daniel, Dr.; Köhler-Bußmeier, Michael, Dr.; Duvigneau, Michael; Cabac, Lawrence; Wester-

Ebbinghaus, Matthias; Markwardt, Kolja; Reese, Christine; Ortmann, Jan

Laufzeit des Projektes:

Seit 1990

Projektbeschreibung:

Das Erfassen, Analysieren, Verstehen, Bewerten und Gestalten von Systemen basiert auf Modellen. Der

Zweck der Modellierung erfordert insb. für verteilte, nebenläufige und komplexe Systeme eine hinreichend

ausdrucksstarke Ausstattung des Repertoires der Modellierenden. TGI hat in den letzten beiden Dekaden

zahlreiche Untersuchungen sowohl in Hinblick auf formale Grundlagen, als auch semi-formale oder

informale Grundlagen vorgenommen. Wichtige Konzepte, die für verteilte, nebenläufige und komplexe

Systeme eine besondere Rolle spielen, wurden dabei mit Hilfe verschiedener Formalismen, insb. höherer

Petrinetze untersucht. Beiträge in diesem Bereich decken naturgegeben eine Vielzahl an Richtungen ab. So

wird auf die Verantwortung der Handelnden ebenso eingegangen wie auf deren verschiedene Perspektiven.

Zurückgeführt werden diese auf theoretisch/konzeptionelle Fundamente der Informatik. Insbesondere die

Concurrency-Theorie von C.A. Petri und die daran anschließenden Arbeiten. Aktuelle Arbeiten verfolgen die

Entwicklung eines ganzheitlichen Ansatzes der Systemmodellierung, der praktische Anteile für die konkrete

Anwendung ebenso im Auge behält wie eine konzeptionelle und theoretisch fundierte Grundlage. Die

strukturierenden Konzepte kommen aus der Objekt-, Agenten- oder Organisationsorientierung, während die

Basis auf den Arbeiten von Petri aufsetzt. Ergebnisse sind der PAOSE-Ansatz, die Einheitentheorie und

Vorschläge zu Architektur von nebenläufigen Softwaresystemen im Großen und Kleinen.

Schlagwörter:

Modellierung; Software-Architektur; Systemgestaltung; Nebenläufigkeit; Petrinetze;

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Cabac, L.; Dirkner, R.; Moldt, D.: Modeling with Service Dependency Diagrams, In: Moldt et al. (Hrsg.),

Proceedings of the 6th International Workshop on Modelling, Simulation, Verification and Validation of

Enterprise Information Systems, MSVVEIS-2008, In conjunction with ICEIS 2008, Barcelona, Spain,

June 2008, 109-118

Cabac, L.; Dörges, T.; Duvigneau, M.; Moldt, D.; Reese, C.; Wester-Ebbinghaus, M.: Agent Models for

Concurrent Software Systems, In: R. Bergmann; G. Lindemann (Hrsg.), Proceedings of the Sixth German

Conference on Multiagent System Technologies, MATES'08, Band 5244 der Reihe Lecture Notes in

Artificial Intelligence, 37-48, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2008

Schleinzer, B.; Cabac, L.; Moldt, D.; Duvigneau, M.: From Agents and Plugins to Plugin-Agents, Concepts

for Flexible Architectures, In: New Technologies, Mobility and Security, 2008. International Conference,

NTMS '08, Tangier, Morocco. Electronical proceedings, 1-5, IEEE Xplore, 2008

Cabac, L.; Duvigneau, M.; Moldt, D.; Schleinzer, B.: Plugin-Agents as Conceptual Basis for Flexible

Software Structures, In: Multi-Agent Systems and Applications V. Fifth International Central and East

European Conference, CEEMAS'07, Leipzig. Proceedings, Band 4696 der Reihe Lecture Notes in

Computer Science, 340-342, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2007

Cabac, L.; Duvigneau, M.; Reese, C.; Dörges, T.; Wester-Ebbinghaus, M.: Models and Tools for Mulan

Applications, In: Multi-Agent Systems and Applications V. Fifth International Central and East European

Conference, CEEMAS'07, Leipzig. Proceedings, Band 4696 der Reihe Lecture Notes in Computer

Science, 328-330, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2007

Cabac, L.; Dörges, T.; Duvigneau, M.; Reese, C.; Wester-Ebbinghaus, M.: Application Development with

Mulan, In: Moldt et al. (Hrsg.), Proceedings of the International Workshop on Petri Nets and Software

Engineering (PNSE'07), 145-159

Cabac, L.; Knaak, N.: Process Mining in Petri Net-based Agent-oriented Software Development, In: Moldt et

al. (Hrsg.), Proceedings of the International Workshop on Petri Nets and Software Engineering

(PNSE'07), 7-21

Klenski, M.; Willner, A.: Graphische Informationsmodellierung für Mulan-Agenten, Diplomarbeit,

Universität Hamburg, Department Informatik, Vogt-Kölln Str. 30, D-22527 Hamburg, 2007


AB Theoretische Informatik TGI - VIKS

Schleinzer, B.: Flexible und hierarchische Multiagentensysteme - Modellierung und prototypische

Erweiterung von Mulan und Capa, Diplomarbeit, Universität Hamburg, Department Informatik, Vogt-

Kölln Str. 30, D-22527 Hamburg, 2007

Simmendinger, F.: Referenznetze zur Modellierung von wissenschaftlichen Workflows am Beispiel der

Steuerung von Simulationsexperimenten, Diplomarbeit, Universität Hamburg, Department Informatik,

Vogt-Kölln Str. 30, D-22527 Hamburg, 2007

Simmendinger, F.; Cabac, L.; Duvigneau, M.; Knaak, N.: Controlling OSGi Bundles with Petri Nets, In:

Moldt et al. (Hrsg.), Proceedings of the International Workshop on Petri Nets and Software Engineering

(PNSE'07), 220-225

Cabac, L.; Duvigneau, M.; Moldt, D.; Rölke, H.: Applying Multi-agent Concepts to Dynamic Plug-in

Architectures, In: J. Mueller; F. Zambonelli (Hrsg.), Agent-Oriented Software Engineering VI: 6th

International Workshop, AOSE 2005, Utrecht, Netherlands, July 21, 2005. Revised Selected Papers,

Band 3950 der Reihe Lecture Notes in Computer Science, 190-204, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg,

New York, 2006

Cabac, L.; Duvigneau, M.; Rölke, H.: Net Components Revisited, In: Moldt (Hrsg.), Proceedings of the

Fourth International Workshop on Modelling of Objects, Components, and Agents. MOCA'06, 87-102,

2006

2.4 Agententechnologien

Valk, Rüdiger, Prof. Dr.; Moldt, Daniel, Dr.; Köhler-Bußmeier, Michael, Dr.; Duvigneau, Michael; Cabac,

Lawrence; Wester-Ebbinghaus, Matthias

Laufzeit des Projektes:

Seit 1996

Projektbeschreibung:

Dieses Projekt untersucht die theoretischen und software-technischen Grundlagen, sowie die Implementation

von Agentensystemen, Agentenanwendungen, deren Erstellungsprozesse sowie andere Aspekte der

Agententechnologie. Dabei wird die Agententechnologie als Zusammenfassung von vier Teilbereichen der

Informatik angesehen: der verteilten Systeme, der (verteilten) künstlichen Intelligenz, der Softwaretechnik

und der theoretischen Grundlagen. Die Nähe von verteilten und nebenläufigen Prozessen in

Multiagentensystemen zu Petrinetzen kommt durch die Implementierung eines Multiagentenframeworks

Mulan / Capa zum Ausdruck, welches in Referenznetzen implementiert ist und in Renew ausgeführt wird.

Petrinetze bieten die Grundlagen durch ihre formale, sowie eine operationale Semantik für einen hochgradig

nebenläufigen und strukturierten Ansatz.

Schlagwörter:

Multiagentensysteme; Netze-in-Netzen; FIPA; Agentenplattform; AOSE

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Cabac, L.; Denz, N.: Net Components for the Integration of Process Mining into Agent-Oriented Software

Engineering, Transactions on Petri Nets and Other Models of Concurrency I (ToPNoC), Band 5100:86-

103, 2008

Cabac, L.; Dirkner, R.; Moldt, D.: Modeling with Service Dependency Diagrams, In: Moldt et al. , editors,

Proceedings of the 6th International Workshop on Modelling, Simulation, Verification and Validation of

Enterprise Information Systems, MSVVEIS-2008, In conjunction with ICEIS 2008, Barcelona, Spain,

June 2008, 109-118

Cabac, L.; Dörges, T.; Duvigneau, M.; Moldt, D.; Reese, C.; Wester-Ebbinghaus, M.: Agent Models for

Concurrent Software Systems, In: R. Bergmann; G. Lindemann (Hrsg.), Proceedings of the Sixth German

Conference on Multiagent System Technologies, MATES'08, Band 5244 der Reihe Lecture Notes in

Artificial Intelligence, 37-48, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2008

Cabac, L.; Dörges, T.; Rölke, H.: A Monitoring Toolset for Petri Net-based Agent-oriented Software

Engineering, In: R. Valk; K. M. van Hee (Hrsg.), 29th International Conference on Application and

Theory of Petri Nets, Xi'an, China, Band 5062 der Reihe Lecture Notes in Computer Science, 399-408,

Springer-Verlag, 2008

Cabac, L.; Moldt, D.; Schlüter, J.: Adding Runtime Net Manipulation Features to MulanViewer, In: 15.

Workshop Algorithmen und Werkzeuge für Petrinetze, AWPN'08, Universität Rostock, p 87-92, 2008

Köhler-Bußmeier, M.; Langer, R.: Agentensysteme als reflexive, soziale Praxisformen, Mitteilung 340 der

Universität Hamburg, Department Informatik, 2008

Reese, C.; Wester-Ebbinghaus, M.; Dörges, T.; Cabac, L.; Moldt, D.: Introducing a Process Infrastructure for

Agent Systems, In: M. Dastani; A. El Fallah; J. a. Leite; P. Torroni (Hrsg.), LADS'007 Languages,

117


VIKS - TGI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

118

Methodologies and Development Tools for Multi-Agent Systems, Band 5118 der Reihe Lecture Notes in

Artificial Intelligence, 225-242, 2008. Revised Selected and Invited Papers

Schleinzer, B.; Cabac, L.; Moldt, D.; Duvigneau, M.: From Agents and Plugins to Plugin-Agents, Concepts

for Flexible Architectures, In: New Technologies, Mobility and Security, 2008. International Conference,

NTMS '08, Tangier, Morocco. Electronical proceedings, 1-5, IEEE Xplore, 2008

Cabac, L.; Duvigneau, M.; Moldt, D.; Schleinzer, B.: Plugin-Agents as Conceptual Basis for Flexible

Software Structures, In: Multi-Agent Systems and Applications V. Fifth International Central and East

European Conference, CEEMAS'07, Leipzig. Proceedings, Band 4696 der Reihe Lecture Notes in

Computer Science, 340-342, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2007

Cabac, L.; Duvigneau, M.; Reese, C.; Dörges, T.; Wester-Ebbinghaus, M.: Models and Tools for Mulan

Applications, In: Multi-Agent Systems and Applications V. Fifth International Central and East European

Conference, CEEMAS'07, Leipzig. Proceedings, Band 4696 der Reihe Lecture Notes in Computer

Science, 328-330, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2007

Cabac, L.; Dörges, T.: Tools for Testing, Debugging and Monitoring Multi-agent Applications, In: Moldt et

al. , editors, Proceedings of the International Workshop on Petri Nets and Software Engineering

(PNSE'07), 209-213

Cabac, L.; Dörges, T.; Duvigneau, M.; Reese, C.; Wester-Ebbinghaus, M.: Application Development with

Mulan, In: Moldt et al. , editors, Proceedings of the International Workshop on Petri Nets and Software

Engineering (PNSE'07), 145-159

Cabac, L.; Knaak, N.: Process Mining in Petri Net-based Agent-oriented Software Development, In: Moldt et

al. , editors, Proceedings of the International Workshop on Petri Nets and Software Engineering

(PNSE'07), 7-21

Klenski, M.; Willner, A.: Graphische Informationsmodellierung für Mulan-Agenten, Diplomarbeit,

Universität Hamburg, Department Informatik, Vogt-Kölln Str. 30, D-22527 Hamburg, 2007

Köhler, M.: A Formal Model of Multi-Agent Organisations, Fundamenta Informaticae, Band 79(3-4):415 -

430, 2007

Köhler, M.; Farwer, B.: Object Nets for Mobility, In: J. Kleijn; A. Yakovlev (Hrsg.), International

Conference on Application and Theory of Petri Nets 2007, Band 4546 der Reihe Lecture Notes in

Computer Science, 244-262, Springer-Verlag, 2007

Köhler, M.; Langer, R.; von Lüde, R.; Moldt, D.; Rölke, H.; Valk, R.: Socionic Multi-Agent Systems Based

on Reflexive Petri Nets and Theories of Social Self-Organisation, Journal of Artificial Societies and

Social Simulation, Band 10(1), 2007

Köhler, M.; Rölke, H.: Dynamic Transition Refinement, Electronic Notes in Theoretical Computer Science,

Band 175:119-134, 2007

Köhler, M.; Rölke, H.: Web Service Orchestration with Super-Dual Object Nets, In: J. Kleijn; A. Yakovlev

(Hrsg.), International Conference on Application and Theory of Petri Nets 2007, Band 4546 der Reihe

Lecture Notes in Computer Science, 263-280, Springer-Verlag, 2007

Köhler, M.; Wester-Ebbinghaus, M.: Closing the Gap Between Organizational Models and Multi-Agent

System Deployment, In: Multi-Agent Systems and Applications V, Band 4696 der Reihe Lecture Notes in

Artificial Intelligence, 307-309, Springer-Verlag, 2007

Köhler, M.; Wester-Ebbinghaus, M.: Petri Net-Based Specification and Deployment of Organizational

Models, In: Moldt et al., editors, Proceedings of the International Workshop on Petri Nets and Software

Engineering (PNSE'07), 67-81

Schleinzer, B.: Flexible; hierarchische Multiagentensysteme - Modellierung und prototypische Erweiterung

von Mulan und Capa, Diplomarbeit, Universität Hamburg, Department Informatik, Vogt-Kölln Str. 30,

D-22527 Hamburg, 2007

Simmendinger, F.; Cabac, L.; Duvigneau, M.; Knaak, N.: Controlling OSGi Bundles with Petri Nets, In:

Moldt et al. , editors, Proceedings of the International Workshop on Petri Nets and Software Engineering

(PNSE'07), 220-225

Cabac, L.; Dirkner, R.; Rölke, H.: Modelling Service Dependencies for the Analysis and Design of Multi-

Agent Applications, In: Moldt, D.; editors, Proceedings of the Fourth International Workshop on

Modelling of Objects, Components, and Agents. MOCA'06, 291-298

Cabac, L.; Duvigneau, M.; Moldt, D.; Rölke, H.: Applying Multi-agent Concepts to Dynamic Plug-in

Architectures, In: J. Mueller; F. Zambonelli (Hrsg.), Agent-Oriented Software Engineering VI: 6th

International Workshop, AOSE 2005, Utrecht, Netherlands, July 21, 2005. Revised Selected Papers,

Band 3950 der Reihe Lecture Notes in Computer Science, 190-204, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg,

New York, 2006

Cabac, L.; Duvigneau, M.; Rölke, H.: Net Components Revisited, In: Moldt, D.; editors, Proceedings of the

Fourth International Workshop on Modelling of Objects, Components, and Agents. MOCA'06, 87-102

Cabac, L.; Knaak, N.; Moldt, D.: Net Components for the modeling of Process Mining Chains, In: Moldt, D.;

editors, Proceedings of the 13th Workshop Application and Tools for Petri Nets. AWPN'06


AB Theoretische Informatik TGI - VIKS

Cabac, L.; Knaak, N.; Moldt, D.; Rölke, H.: Analysis of Multi-Agent Interactions with Process Mining

Techniques, In: Multiagent System Technologies. 4th German Conference, MATES 2006 Erfurt,

Germany. Proceedings, Band 4196 der Reihe Lecture Notes in Computer Science, 12-23, Springer-

Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2006

Dirkner, R.: Roundtrip-Engineering im PAOSE-Ansatz, Diplomarbeit, Universität Hamburg, Department

Informatik, Vogt-Kölln Str. 30, D-22527 Hamburg, 2006

Köhler, M.; Farwer, B.: Modelling Global and Local Name Spaces for Mobile Agents Using Object Nets,

Fundamenta Informaticae, Band 72(1-3):109-122, 2006

Köhler, M.; Valk, R.: Theoriebewertung und Modellerstellung: ein Erfahrungsbericht, In: R. Valk (Hrsg.),

Ordnungsbildung und Erkenntnisprozesse, Hamburg University Press, 2006

Reese, C.; Markwardt, K.; Offermann, S.; Moldt, D.: Distributed Business Processes in Open Agent

Environments, In: Y. Manolopoulos; J. Filipe; P. Constantopoulos; J. Cordeiro (Hrsg.), ICEIS 2006 -

Proceedings of the Eighth International Conference on Enterprise Information Systems: Databases and

Information Systems Integration, Paphos, Cyprus, May 2006, 81-86, 2006

Reese, C.; Offermann, S.; Moldt, D.: Architektur für verteilte, agentenbasierte Workflows, In: M. Schoop; C.

Huemer; M. Rebstock; M. Bichler (Hrsg.), Service-oriented Electronic Commerce im Rahmen der

Multikonferenz Wirtschaftsinformatik 2006 (MKWI 2006), Band P-80 der Reihe Lecture Notes in

Informatics (LNI) - Proceedings, 73-87, Gesellschaft für Informatik, Köllen Druck+Verlag GmbH, Bonn,

2006

2.5 Sprache, Schrift und Zeit

Kudlek, Manfred, Prof. Dr.; Beyene, Berhanu (Doktorand); Kummer, Olaf, Dr. (ehemaliger

wissenschaftlicher Mitarbeiter)

Laufzeit des Projektes:

Seit 1987

Projektbeschreibung:

Es werden Metafont- und TeX-Systeme für nichtlateinische Schriften entwickelt, in enger Anlehnung an

wissenschaftliche Transskriptionsmethoden. Für die kyrillische Schrift wurde ein System entwickelt, welches

für alle Sprachen mit dieser Schrift - etwa 40 aus verschiedenen Sprachfamilien - verwendet werden kann.

2000 wurde vor allem das vorhandene TeX-Paket für die äthiopische Schrift weiterentwickelt. Eine

Anpassung an die TeX-Weiterentwicklung Omega wurde vorgenommen und fehlende Zeichen ergänzt, um

auch alle verwandten Zeichen bereitzustellen, die in den zu unterstützenden Sprachen (Amharisch, Tigre,

Tigrinya, Oromo etc.) vorkommen. Das Paket ist jetzt Teil der Debian-Linux-Distribution und des Babel-

Paketes für Latex auf dem Dante-Server. Es wird weiterhin gepflegt. Kalender und Chronologie sind eine

wichtige kulturelle Errungenschaft und gehören im weiteren Sinne zur Geschichte der Informatik. Die

Kalendersysteme wurden nach astronomischen Kriterien charakterisiert. Für die meisten höheren Kulturen

(Ägypten, Mesopotamien, Iran, Indien, Indonesien, Mesoamerika, Europa, Islam) wurden diese untersucht.

Dies geschah auch für China, Thailand und Kambodscha. Speziell wurden die bis zu 100 verschiedenen

offiziellen Chinesischen Systeme untersucht. Zur Umrechnung wurden Korrelationsalgorithmen entwickelt.

Weitere, weniger bekannte Systeme wie in Myanmar und Afrika sollen ebenfalls untersucht werden.

Schlagwörter:

Metafont; TEX; Schriftsysteme; Kalendersysteme; Chronologie

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Kudlek, M.: Sistemas de Contar en Lenguas Indigenas de Latinoamerica, Ketzalcalli 2007-2, 101-124, 2008

Kudlek, M.: The Jawanese and Balinese Calendar System, In: Wolfschmidt, G. (Hrsg.), Algorismus 59:

Festschrift zum 65. Geburtstag von Karin Reich, 81-86, 2006

Kudlek, M.: A Formal Model of Personal Pronouns, Ketzalcalli 2006-1, 111-128, 2006

2.6 Sprach-, Automaten- und Komplexitätstheorie

Jantzen, Matthias, Prof. Dr.; Kudlek, Manfred, Prof. Dr.; Farwer, Berndt, Dr. (ehemaliger wissenschaftlicher

Mitarbeiter); Rölke, Heiko, Dr. (ehemaliger wissenschaftlicher Mitarbeiter); Heitmann, Frank; Totzke,

Patrick (Student); Zetzsche, Georg (Student)

Laufzeit des Projektes:

seit 1975

119


VIKS - TGI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Projektbeschreibung:

120

Die Theorie der formalen Sprachen und die Automatentheorie sind ein wichtiges Werkzeug der Berechenbarkeits-

und der Komplexitätstheorie. Sie helfen uns, besser zu verstehen, welche Möglichkeiten verschiedene

Modelle für Berechenbarkeit haben und welchen Grenzen sie unterliegen. In der Komplexitätstheorie werden

ganze Klassen von Problemen, die von den verschiedenen Berechenbarkeitsmodellen gelöst werden können,

bzgl. verschiedener Ressourcen untersucht, wobei insbesondere die Beziehungen zwischen diesen Klassen

von Interesse sind. In unterschiedlichen Teilprojekten wurden und werden am Arbeitsbereich TGI die

unterschiedlichsten Formalismen untersucht und zur Lösung verschiedenster Fragestellungen genutzt. Dazu

gehören u.a. Struktureigenschaften formaler Sprachen, Petrinetz- und Multiset-Sprachen, universelle

Maschinen, nebenläufige Automatenmodelle und Quantenrechner. Die Modellierungsstärke von parallelen

Systemen wurde an Hand von Petrinetzen und durch Sprachklassenvergleiche studiert. Neue Sprachfamilien

ergaben sich durch Variationen des streng parallelen Schaltens mehrerer Transitionen. Um die (Abschluss-)

Eigenschaften von speziellen Multiset-Sprachen genauer zu beschreiben, wurden unterschiedliche

Automatenmodelle eingeführt und auf ihre Ausdrucksmächtigkeit und alternativen Charakterisierungen

untersucht. In der Komplexitätstheorie werden aktuell die Boolesche und die polynomielle Hierarchie

genauer untersucht. Speziell werden Probleme auf Graphen betrachtet.

Schlagwörter:

Sprachtheorie, Petrinetz-Sprachen, Multiset-Sprachen, Step Sequence, Automatentheorie, Berechenbarkeitstheorie,

universelle Maschinen, nebenläufige Automatenmodelle, Quantenrechner, Komplexitätstheorie,

Boolesche Hierarchie, polynomielle Hierarchie, Graphentheorie

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Farwer, B.; Jantzen, M.; Kudlek, M.; Rölke, H.; Zetzsche, G.: Petri Net Controlled Finite Automata,

Fundamenta Informaticae, Band 85(1-4):111-121, 2008

Heitmann, F.: Steinerbäume im Erreichbarkeitsgraphen von Petrinetzen, Baccalaureatsarbeit, Universität

Hamburg, Department Informatik, Vogt-Kölln Str. 30, D-22527 Hamburg, 2008

Jantzen, M.; Kudlek, M.; Zetzsche, G.: Language Classes Defined by Concurrent Finite Automata,

Fundamenta Informaticae, Band 85(1-4): 267-280, 2008

Jantzen, M.; Zetzsche, G.: Labeled Step Sequences in Petri Nets, In: K. M. van Hee; R. Valk (Hrsg.),

Applications and Theory of Petri Nets, 29th International Conference, PETRI NETS 2008, Xi'an, China,

June 23-27, 2008. Proceedings, Band 5062 der Reihe Lecture Notes in Computer Science, 270-287,

Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2008

Kudlek, M.: Some Considerations on Universality, In: T. Neary; D. Woods; A. K. Seda; N. Murphy (Hrsg.),

Complexity of Simple Programs, CSP 2008, Cork, Ireland. Proceedings, 149-156, Cork University Press,

2008

Kudlek, M.; Czaja, L.: Synthesis and Analysis of Net Structures and Transition Graphs, In: H.-D. Burkhard;

L. Czaja; G. Lindemann; A. Skowron (Hrsg.), Proceedings of the Workshop CS&P'2008, Band 1, 93-107,

2008

Kudlek, M.; Nagy, B.: Distances of Formal Languages, Pure Mathematics and Applications - PU.MA, Band

17(3-4):349-357, 2008

Kudlek, M.; Totzke, P.; Zetzsche, G.: Multiset Storage Automata, In: H.-D. Burkhard; L. Czaja; G.

Lindemann; A. Skowron (Hrsg.), Proceedings of the Workshop CS&P'2008, Band 2, 265-277, 2008

Kudlek, M.; Totzke, P.; Zetzsche, G.: Properties of Multiset Language Classes Defined by Multiset Storage

Automata, In: H.-D. Burkhard; L. Czaja; G. Lindemann; A. Skowron (Hrsg.), Proceedings of the

Workshop CS&P'2008, Band 2, 278-288, 2008

Köhler-Bußmeier, M.; Heitmann, F.: On the Expressiveness of Communication Channels for Object Nets, In:

H.-D. Burkhard; L. Czaja; G. Lindemann; A. Skowron (Hrsg.), Proceedings of the International

Workshop on Concurrency, Specification, and Programming (CS&P 2008), Band 2, 253-264, 2008

Kudlek, M.: Some Considerations on Universality, In: T. Neary; D. Woods; A. K. Seda; N. Murphy (Hrsg.),

Complexity of Simple Programs, CSP 2008, Cork, Ireland. Proceedings, 149-156, Cork University Press,

2008

Kudlek, M.; Czaja, L.: Synthesis and Analysis of Net Structures and Transition Graphs, In: H.-D. Burkhard;

L. Czaja; G. Lindemann; A. Skowron (Hrsg.), Proceedings of the International Workshop on

Concurrency, Specification, and Programming (CS&P 2008), Band 1, 93-107, 2008

Kudlek, M.; Nagy, B.: Distances of Formal Languages, Pure Mathematics and Applications - PU.MA, Band

17(3-4), 349-357, 2008

Kudlek, M.; Totzke, P.; Zetzsche, G.: Multiset Storage Automata, In: H.-D. Burkhard; L. Czaja; G.

Lindemann; A. Skowron (Hrsg.), Proceedings of the International Workshop on Concurrency,

Specification, and Programming (CS&P 2008), Band 2, 265-277, 2008


AB Theoretische Informatik TGI - VIKS

Kudlek, M.; Totzke, P.; Zetzsche, G.: Properties of Multiset Language Classes Defined by Multiset Storage

Automata, In: H.-D. Burkhard; L. Czaja; G. Lindemann; A. Skowron (Hrsg.), Proceedings of the

International Workshop on Concurrency, Specification, and Programming (CS&P 2008), Band 2, 278-

288, 2008

Dietze, R.; Kudlek, M.; Kummer, O.: Decidabilty Problems of a Basic Class of Object Nets, Fundamenta

Informaticae, Band 79 (3-4), 295-302, 2007

Farwer, B.; Jantzen, M.; Kudlek, M.; Rölke, H.; Zetzsche, G.: On Concurrent Finite Automata, In: L. Czaja

(Hrsg.), Proceedings of CS&P 2007, Band 1, 180-190, 2007

Farwer, B.; Kudlek, M.; Rölke, H.: Concurrent Turing Machines, Fundamenta Informaticae, Band 79 (3-4):

303-317, 2007

Jantzen, M.; Kudlek, M.; Zetzsche, G.: On Languages Accepted by Concurrent Finite Automata, In: L. Czaja

(Hrsg.), Proceedings of CS&P 2007, Band 2, 321-332, 2007

Jantzen, M.; Kudlek, M.; Zetzsche, G.: Concurrent Finite Automata, In: Droste, M.; Lohrey, M. (Hrsg.),

Tagungsband 17. Theorietag Automaten und Formale Sprachen, 84-88, 2007

Köhler, M.; Kudlek, M.: Zero-safe Nets with Debit Tokens, In: L. Czaja (Hrsg.), Proceedings of the

Workshop CS&P 2007, Band 2, 364-375, 2007

Kudlek, M.: On Semilinear Sets over Commutative Semirings, Fundamenta Informaticae, Band 79 (3-4),

447-452, 2007

Kudlek, M: Some Remarks on Quantum Automata, IJCFS, Band 18, Nummer 6, 1283-1292, 2007

Dietze R.; Kudlek, M.: Subclasses of Minimal Based Object Nets with Decidable Reachability Problem,

Proc. AWPN’2006, In: D. Moldt (Hrsg.), FBI-Bericht 267/06, p 32-36, 2006

Dietze, R.; Kudlek, M.; Kummer, O.: On Decidability Problems of a Basic Class of Object Nets, In: G.

Lindemann, H. Schlinghoff, H.-D. Burkhard, L. Czaja, W. Penczek, A. Salwicky, A. Skowron, Z Suraj

(Hrsg.), Proceedings of CS&P 2006, Humboldt-Universität zu Berlin, Informatik-Bericht Nr. 206, Band

3, Programming, 38-46, 2006

Dietze, R.; Kudlek, M.; Kummer, O.: On Decidability Problems of a Basic Class of Object Nets, FBI-Bericht

270/06, 11 p., 2006

Farwer, B.; Kudlek, M.; and Rölke, H.: Petri-Net-Controlled Machine Models, FBI-HH-B-274/06, 16 p.,

2006

Farwer, B.; Kudlek, M.; Rölke, H.: Concurrent Turing Machines as Rewrite Tools. In: G. Lindemann, H.

Schlingloff, H.-D. Burkhard, L. Czaja, W. Penczek, A. Salwicky, A. Skowron, Z Suraj (Hrsg.),

Proceedings of CS&P 2006, Humboldt-Universität zu Berlin, Informatik-Bericht Nr. 206, Band 3,

Programming, 352-363, 2006

Kudlek, M.: Iteration Lemmata for Rational, Linear, and Algebraic Languages over Algebraic Structures

with Several Binary Operations. In: K.G. Subramanian, K. Rangarajan, M. Mukund (Hrsg.), Formal

Models, Languages and Applications, 226-234, World Scientific, 2006

Kudlek, M.: On Quantum Vector Addition Systems, Fundamenta Informaticae, Band 72 (1-3), IOS Press,

255-261, 2006

Kudlek, M.: Semilinear Sets over Commutative Semirings. In: G. Lindemann, H. Schlinghoff, H.-D.

Burkhard, L. Czaja, W. Penczek, A. Salwicky, A. Skowron, Z Suraj (Hrsg.), Proceedings of CS&P 2006,

Humboldt-Universität zu Berlin, Informatik-Bericht Nr. 206, Vol. 3, Programming, 418-423, 2006

Kudlek, M.: Hamblin’s 15 Tense Theorem, FBI-Bericht 269/06, 9 p., 2006

Kudlek, M.; Dömösi, P.: A Homomorphic Chracterization of Recursively Enumerable Languages, FBI-HH-

B-268/06, 19 p., 2006

Drittmittelprojekte

Dirigismus und symbolische Politik (DISPO)

v. Lüde, Rolf, Prof. Dr.; Langer, Roman, Dr.; Hüther, Otto alle Institut für Soziologie; Valk, Rüdiger, Prof.

Dr.; Dr.; Moldt, Daniel, Dr.; Köhler-Bußmeier, Michael, Dr.; Rölke, Heiko, Dr.

Laufzeit des Projektes:

1/2004 bis 2/2009

Projektbeschreibung:

Das Projekt DISPO widmet sich der Erforschung emergenter / strukturdynamischer Systeme. Besondere

Beachtung finden derartige Prozesse sowohl im Hinblick auf den Mikro-Makro-Dualismus in der Soziologie

als auch der Skalierungsfrage in Multi-Agentensystemen. Die sozionische Forschungsfrage richtet sich

deshalb auf die Grundmuster des handelnden Zusammenwirkens mehrerer Akteure / Agenten, den daraus

121


VIKS - TGI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

122

hervorgehenden strukturellen Effekten im Sinne einer neuen Systemqualität (Emergenz) sowie deren

rekursiver Wirkung mit dem oder den handelnden Akteuren / Agenten. Diese allgemeine Forschungsfrage

wird vor dem Hintergrund von dirigistischer vs. symbolischer Politik als Steuerungsmechanismen

universitärer Entscheidungsprozesse konkretisiert. Praktisches Anwendungsfeld sind Governancestrukturen

von Universitäten vor dem Hintergrund sich ändernder Hochschulgesetze sowie neuer interner und externer

Steuerungsgremien. DISPO ist ein Folgeprojekt von ASKO: "Agieren in sozialen Kontexten - ein

sozionischer Ansatz zur Modellerstellung und Theoriebewertung"

Schlagwörter:

Systeme, emergent, dynamisch; Petrinetz; Soziologie; Sozionik; Dualismus, mikro, makro; Agent;

Entscheidungsprozess, Nebenläufigkeit; Petrinetze; Netze-in-Netzen; Objektnetze; Verifikation; Strukturelle

Analyse; RENEW

Publikationen aus dem Projekt

Köhler-Bußmeier, M.; Wester-Ebbinghaus, M.: Automatic Generation of Distributed Team Formation

Algorithms from Organizational Models, In: J. Hübner; O. Boissier (Hrsg.), Workshop on Coordination,

Organizations, Institutions, and Norms in Agent Systems, COIN'08, 2008

Köhler-Bußmeier, M.; Langer, R.: Agentensysteme als reflexive, soziale Praxisformen, Mitteilung 340 der

Universität Hamburg, Department Informatik, 2008

Wester-Ebbinghaus, M.; Moldt, D.: Modelling Multi-Agent Systems with Organizations in Mind, In: Moldt

et al. , editors, Proceedings of the 6th International Workshop on Modelling, Simulation, Verification and

Validation of Enterprise Information Systems, MSVVEIS-2008, In conjunction with ICEIS 2008,

Barcelona, Spain, June 2008, 81-90

Köhler, M.; Langer, R.; von Lüde, R.; Moldt, D.; Rölke, H.; Valk, R.: Socionic Multi-Agent Systems Based

on Reflexive Petri Nets and Theories of Social Self-Organisation, Journal of Artificial Societies and

Social Simulation, Band 10(1), 2007

Köhler, M.; Wester-Ebbinghaus, M.: Petri Net-Based Specification and Deployment of Organizational

Models, In: Moldt et al. , editors, Proceedings of the International Workshop on Petri Nets and Software

Engineering (PNSE'07), 67-81

Köhler, M.; Valk, R.: Theoriebewertung und Modellerstellung: ein Erfahrungsbericht, In: R. Valk (Hrsg.),

Ordnungsbildung und Erkenntnisprozesse, Hamburg University Press, 2006

Finanzierung:

Geldgeber: DFG

Laufzeit der Förderung: 10/2003 bis 3/2007, im Berichtsjahr wurde eine Monographie als

Abschlussbericht fertig stellt, erscheint 2009 im LIT-Verlag

Sachmittel: Informatik und Soziologie: je 2 stud. Hilfskräfte über 24 Monate,

18.500 € Sachmittel und Publikationskosten

Personalmittel: Informatik und Soziologie: je 2 halbe BAT IIa über 24 Monate

3. Publikationen und weitere Leistungen

Wissenschaftliche Publikationen im Berichtszeitraum

Cabac, L.; Denz, N.: Net Components for the Integration of Process Mining into Agent-Oriented Software

Engineering, Transactions on Petri Nets and Other Models of Concurrency I (ToPNoC), Band 5100:86-

103, 2008

Cabac, L.; Dirkner, R.; Moldt, D.: Modeling with Service Dependency Diagrams, In: Moldt et al. (Hrsg.),

Proceedings of the 6th International Workshop on Modelling, Simulation, Verification and Validation of

Enterprise Information Systems, MSVVEIS-2008, In conjunction with ICEIS 2008, Barcelona, Spain,

June 2008, 109-118

Cabac, L.; Dörges, T.; Duvigneau, M.; Moldt, D.; Reese, C.; Wester-Ebbinghaus, M.: Agent Models for

Concurrent Software Systems, In: R. Bergmann; G. Lindemann (Hrsg.), Proceedings of the Sixth German

Conference on Multiagent System Technologies, MATES'08, Band 5244 der Reihe Lecture Notes in

Artificial Intelligence, 37-48, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2008

Cabac, L.; Dörges, T.; Rölke, H.: A Monitoring Toolset for Petri Net-based Agent-oriented Software

Engineering, In: R. Valk; K. M. van Hee (Hrsg.), 29th International Conference on Application and

Theory of Petri Nets, Xi'an, China, Band 5062 der Reihe Lecture Notes in Computer Science, 399-408,

Springer-Verlag, 2008

Cabac, L.; Moldt, D.; Schlüter, J.: Adding Runtime Net Manipulation Features to MulanViewer, In: 15.

Workshop Algorithmen und Werkzeuge für Petrinetze, AWPN'08, 87-92, Universität Rostock, 2008


AB Theoretische Informatik TGI - VIKS

Cabac, L.; Schlüter, J.: ImageNetDiff: A Visual Aid to Support the Discovery of Differences in Petri Nets,

In: 15. Workshop Algorithmen und Werkzeuge für Petrinetze, AWPN'08, Universität Rostock, p 93-98,

2008

Farwer, B.; Jantzen, M.; Kudlek, M.; Rölke, H.; Zetzsche, G.: Petri Net Controlled Finite Automata,

Fundamenta Informaticae, Band 85(1-4):111-121, 2008

Horvath, V.; Dörges, T.: From security patterns to implementation using Petri nets, In: B. D. Win; S.-W. Lee;

M. Monga (Hrsg.), Proceedings of the Fourth International Workshop on Software Engineering for

Secure Systems, SESS 2008, Leipzig, Germany, May 17-18, 2008, 17-24, ACM, 2008

Jantzen, M.; Kudlek, M.; Zetzsche, G.: Language Classes Defined by Concurrent Finite Automata,

Fundamenta Informaticae, Band 85(1-4):267-280, 2008

Jantzen, M.; Zetzsche, G.: Labeled Step Sequences in Petri Nets, In: K. M. van Hee; R. Valk (Hrsg.),

Applications and Theory of Petri Nets, 29th International Conference, PETRI NETS 2008, Xi'an, China,

June 23-27, 2008. Proceedings, Band 5062 der Reihe Lecture Notes in Computer Science, 270-287,

Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2008

Kudlek, M.: Sistemas de Contar en las Lenguas Indígenas de Latinoamérica, Ketzalcalli, (2007-2):101-124,

2008

Kudlek, M.: Some Considerations on Universality, In: T. Neary; D. Woods; A. K. Seda; N. Murphy (Hrsg.),

Complexity of Simple Programs, CSP 2008, Cork, Ireland. Proceedings, 149-156, Cork University Press,

2008

Kudlek, M.; Czaja, L.: Synthesis and Analysis of Net Structures and Transition Graphs, In: H.-D. Burkhard;

L. Czaja; G. Lindemann; A. Skowron (Hrsg.), Proceedings of the Workshop CS&P'2008, Band 1, 93-107,

2008

Kudlek, M.; Nagy, B.: Distances of Formal Languages, Pure Mathematics and Applications - PU.MA, Band

17(3-4):349-357, 2008

Kudlek, M.; Totzke, P.; Zetzsche, G.: Multiset Storage Automata, In: H.-D. Burkhard; L. Czaja; G.

Lindemann; A. Skowron (Hrsg.), Proceedings of the Workshop CS&P'2008, Band 2, 265-277, 2008

Kudlek, M.; Totzke, P.; Zetzsche, G.: Properties of Multiset Language Classes Defined by Multiset Storage

Automata, In: H.-D. Burkhard; L. Czaja; G. Lindemann; A. Skowron (Hrsg.), Proceedings of the

Workshop CS&P'2008, Band 2, 278-288, 2008

Köhler-Bußmeier, M.; Heitmann, F.: On the Expressiveness of Communication Channels for Object Nets, In:

H.-D. Burkhard; L. Czaja; G. Lindemann; A. Skowron (Hrsg.), Proceedings of the International

Workshop on Concurrency, Specification, and Programming (CS&P 2008), Band 2, 253-264, 2008

Köhler-Bußmeier, M.; Kudlek, M.: Linear Properties of Zero-Safe Nets with Debit Tokens, Fundamenta

Informaticae, Band 85(1-4):329-342, 2008

Köhler-Bußmeier, M.; Wester-Ebbinghaus, M.: Automatic Generation of Distributed Team Formation

Algorithms from Organizational Models, In: J. Hübner; O. Boissier (Hrsg.), Workshop on Coordination,

Organizations, Institutions, and Norms in Agent Systems, COIN'08, 2008

Moldt, D.; Ultes-Nitsche, U.; Augusto, J. C. (Hrsg.): Proceedings of the 6th International Workshop on

Modelling, Simulation, Verification and Validation of Enterprise Information Systems, MSVVEIS-2008,

In conjunction with ICEIS 2008, Barcelona, Spain, June 2008, INSTICC PRESS, 2008

Petri, C. A.; Reisig, W.: Petri Nets, Available at: http://www.scholarpedia.org/article/Petri_net, 2008. Online;

accessed 27.04.2008

Reese, C.; Wester-Ebbinghaus, M.; Dörges, T.; Cabac, L.; Moldt, D.: Introducing a Process Infrastructure for

Agent Systems, In: M. Dastani; A. El Fallah; J. a. Leite; P. Torroni (Hrsg.), LADS'007 Languages,

Methodologies and Development Tools for Multi-Agent Systems, Band 5118 der Reihe Lecture Notes in

Artificial Intelligence, 225-242, 2008. Revised Selected and Invited Papers

Schleinzer, B.; Cabac, L.; Moldt, D.; Duvigneau, M.: From Agents and Plugins to Plugin-Agents, Concepts

for Flexible Architectures, In: New Technologies, Mobility and Security, 2008. International Conference,

NTMS '08, Tangier, Morocco. Electronical proceedings, 1-5, IEEE Xplore, 2008

Wester-Ebbinghaus, M.; Köhler-Bußmeier, M.; Moldt, D.: From Multi-Agent to Multi-Organization

Systems: Utilizing Middleware Approaches, In: A. Artikis; G. Picard; L. Vercouter (Hrsg.), International

Workshop Engineering Societies in the Agents World (ESAW 08), 2008

Wester-Ebbinghaus, M.; Moldt, D.: A Janus-Faced Net Component for the Prototyping of Open Systems, In:

AWPN, Band 380 der Reihe CEUR Workshop Proceedings, 25-30, CEUR-WS.org, 2008

Wester-Ebbinghaus, M.; Moldt, D.: Modelling Multi-Agent Systems with Organizations in Mind, In: Moldt

et al. (Hrsg.), Proceedings of the 6th International Workshop on Modelling, Simulation, Verification and

Validation of Enterprise Information Systems, MSVVEIS-2008, In conjunction with ICEIS 2008,

Barcelona, Spain, June 2008, 81-90

Wester-Ebbinghaus, M.; Moldt, D.: Structure in Threes: Modelling Organization-Oriented Software

Architectures Built Upon Multi-Agent Systems, In: L. Padgham; D. C. Parkes; J. Müller; S. Parsons

(Hrsg.), 7th International Joint Conference on Autonomous Agents and Multiagent Systems (AAMAS

2008), Estoril, Portugal, May 12-16, 2008, Volume 3, 1307-1310, IFAAMAS, 2008

123


VIKS - TGI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Wissenschaftliche Vorträge

124

Kudlek, Manfred:

22.10.2008, Some Remarks on Quantum Formal Systems, Debrecen, ALRT

Moldt, Daniel:

21.11.2008, Agents and Organisations: Janus-faced Petri Net Units Modelling Open Systems,

eingeladener Kolloquiumsvortrag, Universität Karlsruhe

Valk, Rüdiger:

27.6.2008, On the Physical Basics of Information Flow, gehalten als eingeladener Vortrag für C.A. Petri

auf der 29th International Conference on Application and Theory of Petri Nets, Xi’an, China

4. Wichtige weitere Aktivitäten

Mitarbeit in wissenschaftlichen außeruniversitären Gremien

Valk, Rüdiger

Vorsitz Programmkomitee 29th International Conference on Application and Theory of Petri Nets,

Xi’an, China

Mitarbeit in universitären Gremien

Valk, Rüdiger

Mitglied, Satzungsausschuss der Fakultät

Vorsitz Habilitationsausschuss

Jantzen, Matthias

Vorsitz aller Informatik-Prüfungsausschüsse

Moldt, Daniel

Mitglied, Erweiterter Vorstand des Departments

Mitglied des Promotionsausschusses

Mitglied, Gemeinsame Kommission Wirtschaftsinformatik

Köhler-Bußmeier, Michael

Informatik-Prüfungsausschüsse

Strukturkommission

Duvigneau, Michael

IKT-Ausschuss

Begutachtungstätigkeit

Alle TGI-Mitglieder

Gutachten über Arbeiten zur 29th International Conference on Application and Theory of Petri Nets,

Xi’an, China

Gutachten über Arbeiten zur Autonomous Agents and Multi-Agent Systems AAMAS'09, Budapest,

Ungarn

Cabac, Lawrence; Köhler-Bußmeier, Michael; Moldt, Daniel; Wester-Ebbinghaus, Matthias

Gutachten über Arbeiten zum Journal Transactions on Petri Nets and other Formalisms of Concurrency,

ToPNoC

Kudlek, Manfred:

Gutachter für FI, DLT 2008, CS&P 2008, ForLing 2008

Moldt, Daniel:

Gutachten für Zeitschriften, DAAD, DFG, NWO

Kongressorganisation/-ausrichtung durch Mitglieder der Departmenteinrichtung

Köhler-Bußmeier, Michael:

Co-Chair von: International Workshop on Logics for Agents and Mobility at the European Summer

School in Logic, Language, and Information (ESSLLI), Hamburg, Germany, August 4-15, 2008

Kudlek, Manfred:

Programm Komitee für ForLing 2008, ALRT

Moldt, Daniel

Co-chair International Workshop on Petri Nets and Distributed Systems, Xi’an, China

Co-chair International Workshop on Modelling, Simulation, Verification and Validation of EIS,

Barcelona, Spanien

Co-chair Workshop on Multi-Agent Systems as Middleware and Architectures for Business Systems,

München

Co-chair Workshop on International Workshop on Petri Nets Tools and Applications, Marseille, France


AB Theoretische Informatik TGI - VIKS

Programmkommitteemitglied: RST 2008, COIN 2008, SWIN 2008, ECMS 2008, CODS 2008, CPN

2008, WESOA 2008, AAMAS 2008

Sonstige Aktivitäten

Kudlek, Manfred:

Report on FCT 2007/ACMC 2007/ ForLing 2007, EATCS-Bulletin 95, p 273-277, 2008

Report on CS&P 2007, EATCS-Bulletin 94, p 238-239, 2008

Report on MFSP 2008 and ICE’08, EATCS-Bulletin 96, p 141-142, 2008

Report on ICALP 2008, EATCS-Bulletin 96, p 131-140, 2008

Report on QPL’08/DCM’08, EATCS-Bulletin 96, p 143-144, 2008

125


VIKS - TGI Jahresbericht 2008Informatik UniHH

126


AG Telekommunikation und Rechnernetze TKRN – VIKS

Arbeitsgruppe

Telekommunikation und Rechnernetze (TKRN)

Vogt-Kölln-Straße 30, Haus F, 22527 Hamburg, Tel.: +49 40 428 83-2424/2422, FAX: +49 40 428 83-2345

http://www.informatik.uni-hamburg.de/TKRN

1. Zusammenfassende Darstellung

Mitglieder der Fachbereichseinrichtung:

ProfessorInnen:

Dr. Bernd E. Wolfinger (Leiter)

DozentInnen:

Dr. Martin Lehmann

AssistentInnen/Wiss. MitarbeiterInnen:

Dipl.-Inform. Stephan Heckmüller; Priv.-Doz. Dr. Klaus-Dieter Heidtmann; Dipl.-Inform. Andrey Kolesnikov

Technisches und Verwaltungspersonal:

Katrin Köster, Margit Wichmann (Vertretung), Sekretariat

GastwissenschaftlerInnen:

M. Sc. Junyu Lai (VR China, Doktorand, seit 1. Oktober 2008), Dr. Jürgen Wolf

Allgemeiner Überblick

Die Arbeitsgruppe Telekommunikation und Rechnernetze arbeitet an Fragestellungen zu Netzarchitekturen,

der Konzipierung und effizienten Realisierung innovativer Protokolle (“Protocol Engineering“) sowie der

Leistungs-/Zuverlässigkeitsanalyse, der Verkehrscharakterisierung bzw. -beeinflussung (“Traffic Engineering“)

und dem Dienstgüte (QoS)-Management für Kommunikations- und Rechnernetze. Der Bereich der betrachteten

Kommunikations- und Rechensysteme umfasst in erster Linie heterogene, sowohl lokale, regionale

als auch globale Rechnernetze (u.a. Internet, Mobilnetze) und reicht bis hin zu innovativen Rechnerarchitekturen

(u.a. Parallelrechner). Die methodischen Grundlagen der Forschungsaktivitäten betreffen insbesondere

Verfahren zur mathematisch-analytischen und simulativen Bewertung von Rechnernetzen und den

durch sie bereitgestellten anwendungsorientierten Diensten, Verfahren zur Parallelisierung und zur effizienten

Implementierung von Kommunikationssoftware sowie die Entwicklung und den Einsatz von Mess-,

Lastgenerierungs-, Lasttransformations- und Netzemulationswerkzeugen. Die Entwurfs-, Analyse- und Optimierungsverfahren

werden erprobt und weiterentwickelt bei der prototypischen Realisierung von Hochleistungsnetzen

und von IP-basierten Rechnernetzen mit realzeitorientierten Kommunikationsdiensten sowie deren

Nutzung zur Unterstützung verteilter multimedialer Anwendungen (insbesondere im Anwendungskontext

E-Learning / Telelearning) mit Fokus auf qualitativ hochwertiger Audio-/Video- und Mobilkommunikation.

Forschungsschwerpunkte

Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten der Arbeitsgruppe Telekommunikation und Rechnernetze werden

einerseits im Rahmen von Kooperationsprojekten und andererseits im Rahmen von Mitarbeiter-/ Gastforscher-/Studenten-Projekten

(u.a. Diplom-, Master- und Doktorarbeiten) durchgeführt. Auf folgende Forschungsschwerpunkte

hat sich unsere Arbeit im Berichtszeitraum konzentriert:

Medien- und Echtzeitkommunikation im Internet und in Mobilnetzen

(Koordinatoren: Prof. Dr. B. E. Wolfinger, PD Dr. K.-D. Heidtmann)

Die Verfügbarkeit hochleistungsfähiger Kommunikationssysteme gestattet inzwischen die Realisierung verteilter

multimedialer Anwendungen in heutigen (in der Regel IP-basierten) Rechnernetzen. Allerdings führt

eine qualitativ hochwertige Bewegtbild- und/ oder Audioübertragung in Echtzeit noch häufig zu erheblichen

Leistungsengpässen in nicht-realzeitorientierten oder leistungsschwachen Kommunikationsnetzen bzw. in

den als Endsysteme benutzten PCs, Notebooks, Laptops, etc. In diesem Forschungsschwerpunkt wird daher

versucht, einerseits durch vereinfachte Protokolle („light-weight protocols“) und effiziente Implementierungstechniken

sowie andererseits durch Einsatz von Fehlertoleranzmechanismen (wie Vorwärtsfehlerkon-

127


VIKS – TKRN Jahresbericht 2008Informatik UniHH

128

trolle) und durch adaptive Audio-/Videocodierung, die für multimediale Anwendungen geforderte Dienstgüte

bzw. Dienstqualität („Quality of Service“ − QoS) zu garantieren. Die dazu notwendige rechnerübergreifende

Verwaltung der Rechnernetzressourcen soll dabei ebenfalls unterstützt werden. Die prototypische Realisierung

entsprechender (modellbasierter) QoS-Managementsysteme zum einen für dienstintegrierte Kommunikationsnetze

ohne a priori bereitgestellte QoS-Mechanismen (z.B. Lokale Netze der Ethernet-Familie), zum

anderen für IP-basierte Netze (Internets und Intranets) mit „best effort“-Diensterbringung sowie überdies für

Netze mit Mobilkommunikation (z.B. WLANs) steht in diesem Forschungsschwerpunkt im Zentrum des Interesses

(vgl. hierzu auch begleitende konzeptionelle und stärker methodisch orientierte Arbeiten im Schwerpunkt

„Netz-/QoS-Management, Modellierung und Messungen, Traffic Engineering“).

Überdies werden die Möglichkeiten eines Einsatzes der Mobilkommunikation (insbesondere über WLANs)

in Verbindung mit Notebooks als Endsystemen für eine innovative Informatiklehre untersucht, z.B. im Rahmen

universitätsübergreifender Kooperation studentischer Arbeitsgruppen im Hinblick auf ein synchrones

verteiltes (Zusammen-)Arbeiten zwischen Studierenden.

Netz-/QoS-Management, Modellierung und Messungen, “Traffic Engineering“

(Koordinatoren: Prof. Dr. B. E. Wolfinger, PD Dr. K.-D. Heidtmann)

Kommunikationssysteme sind, insbesondere im multimedialen Kontext, einem zunehmend breiteren Anforderungsprofil

ausgesetzt. Neben diskreten sollen auch kontinuierliche Medien unterstützt werden, wobei applikations-

und benutzerspezifische Anforderungen an die zu erbringende Dienstgüte zu erfüllen sind. Traditionelle

Netzdienste, wie sie beispielsweise im Internet und in manchen Mobilnetzen vorzufinden sind, sind

in der Regel nicht in der Lage, Dienstqualitäten zu garantieren und multimediale Anwendungen hinreichend

zu unterstützen. Das Transportsystem und die Anwendung selbst haben in solchen Netzen Vorkehrungen zu

treffen, um die unzureichenden Eigenschaften der Netzdienste zu kompensieren.

Vor diesem Hintergrund streben wir die Entwicklung von Leistungsmodellen an, welche in der Lage sind,

Komponenten innerhalb der Protokollarchitektur sowie Beziehungen zwischen diesen, analytisch oder simulativ

zu modellieren. Zentral hierbei sind auf der einen Seite die durch die Anwendungen induzierten Lasten,

sowohl an anwendungs- als auch an netznahen Schnittstellen, die Charakteristika der Kommunikationsbeziehung

und der Einfluss der Last auf die Güte der Kommunikationsbeziehung. Auf der anderen Seite gilt es,

Zuverlässigkeits- und Fehlermodelle für die multimedialen Dienste zu entwickeln, um so Auswirkungen von

Fehlern auf die Anwendung abschätzen zu können, und auf Basis dieser Modelle Stabilisierungs- und Fehlertoleranzmaßnahmen

ergreifen zu können.

Im Bereich des ’Traffic Engineering’ liegt der Fokus der Forschung auf der Entwicklung und dem Einsatz

formaler Lastbeschreibungstechniken sowie der Realisierung möglichst breit einsetzbarer (geographisch verteilter)

Lastgeneratoren zur Erzeugung synthetischer Lasten an unterschiedlichen (Dienst-) Schnittstellen eines

Rechnernetzes. Überdies werden Lasttransformatoren zur Umsetzung von Primärlasten in Rechnernetzen

(z.B. zu übertragende Videoströme) in daraus resultierende Sekundärlasten (z.B. IP- oder ATM-Lasten) realisiert.

Multimediale E-Learning-Werkzeuge zur Vermittlung von Methodenwissen und zur Erhöhung der Praxisrelevanz

der Ausbildung in den Bereichen des ’Traffic Engineering’ sowie der Modellierung von Rechnernetzen

werden entwickelt und ihr Einsatz in der universitären Informatiklehre evaluiert.

Des weiteren beziehen sich die Forschungsaktivitäten auf die prototypische Realisierung flexibel einsetzbarer

Netzemulatoren, die sich über Standardschnittstellen, wie UDP- oder TCP/IP-Dienstschnittstellen, in den

Kommunikationspfad einer verteilten Anwendung integrieren lassen und die das Paketverzögerungs- und

Verlustverhalten eines Netzes aus anwendungsspezifischer Sicht realitätsnah nachbilden.

Parallelverarbeitung und Parallelprogrammierung

(Koordinator: Dr. M. Lehmann)

Um die zeitlichen Limitationen sequentieller Verarbeitung zu entschärfen, werden in diesem Schwerpunkt

Sprachen für Parallelprogrammierung sowie die Möglichkeiten und Grenzen der Parallelverarbeitung von

Algorithmen studiert. Eine Parallelisierung wird dabei insbesondere angestrebt für Kommunikationssoftware

in Hochgeschwindigkeitsnetzen, für Algorithmen zur verteilten Netzemulation und zur Echtzeitsimulation

von Kommunikationsnetzen, für die Auftragsbearbeitung in Parallelrechnern und lokalen Netzen („Load balancing“)

sowie für verteilte Lastgeneratoren in Rechnernetzen. Die Resultate der entsprechenden FuE-Aktivitäten

zur Parallelisierung von Kommunikationsabläufen sollen in erster Linie in dem Schwerpunkt „Medien-

und Echtzeitkommunikation im Internet und in Mobilnetzen“ Berücksichtigung finden.


AG Telekommunikation und Rechnernetze TKRN – VIKS

Wissenschaftliche Zusammenarbeit

Industrie und industrienahe Forschungseinrichtungen in Deutschland

• HanseNet Telekommunikation GmbH, Hamburg (gemeinsame Betreuung von Diplomarbeiten)

• IBM Deutschland Entwicklung GmbH, Böblingen (gemeinsame Betreuung von Diplomarbeiten)

Universitäten und Technische Hochschulen in Deutschland

Universität Rostock (gemeinsame Teleseminarveranstaltungen, Kooperation im Rahmen lfd. Promotionsverfahren,

Lizenzvertrag zur Bereitstellung von eLearning-Werkzeugen seitens TKRN)

Universität Tübingen (Durchführung eines gemeinsamen DFG-Drittmittelprojektes)

• TU München (Durchführung eines gemeinsamen DFG-Drittmittelprojektes)

Kooperationspartner im Ausland

• LIP6, Université Pierre et Marie Curie, Paris (gemeinsame Publikationen, incl. Zeitschriftenpublikation,

Kooperation im Rahmen lfd. Promotionsverfahren)

• ENST-INFRES, Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications, Paris (Lizenzvertrag zur Bereitstellung

von eLearning-Werkzeugen seitens TKRN)

Ausstattung

Die Arbeitsgruppe TKRN verfügt über vier Notebooks, vier Workstations der Firma Sun, zwei davon von

Sun geschenkt, sowie über mehrere PCs mit Pentium und Core 2 Prozessoren unter den Betriebssystemen

Windows und Linux. Einige PCs dienen den wissenschaftlichen Mitarbeitern als Arbeitsplatzrechner, die anderen

werden im Labor zusammen mit den Workstations u.a. als Endsysteme für die Realisierung realzeitorientierter

Audio-/ Videokommunikation, als Lastgeneratoren (zur Erzeugung zusätzlicher Netzlast), als

Messmonitore sowie zur Modellierung, Simulation und Emulation von Rechnernetzen verwendet. Ferner

werden sie in der Lehre für das ganzjährige Projekt „Mobil- und Echtzeitkommunikation“ sowie für den

praktischen Teil der Übungen zur Vorlesung „Datenkommunikation und Rechnernetze“ genutzt.

Für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Rechnernetzbereich sind folgende lokale Netze bzw. Netzkomponenten

vorhanden: Fast-Ethernet-LAN, WLAN sowie ein ATM-Switch.

Drittmittel

Projekt: LUPUS: Load Transformations and their Usage for Traffic Prediction

and Understanding in Networks with Security Requirements; 11/2007

bis 10/2009

Geldgeber: DFG

Gesamtmittel: Genehmigte Mittel: 1 BAT IIa-Stelle für 24 Monate sowie Mittel für

studentische Hilfskräfte und Reisekosten.

2. Die Forschungsvorhaben der Arbeitsgruppe

Etatisierte Projekte

2.1 Medien- und Echtzeitkommunikation im Internet und in Mobilnetzen

Heidtmann, Klaus-Dieter, Dr.; Wolfinger, Bernd, Prof. Dr. (Koordinatoren); Heckmüller, Stephan, Dipl. Inform.;

Lai, Junyu, M. Sc.; Wolf, Jürgen, Dr.

Um die längerfristigen Ziele des Forschungsschwerpunktes „Medien- und Echtzeitkommunikation im Internet

und in Mobilnetzen“ zu erreichen, werden gegenwärtig drei Teilvorhaben in diesem Schwerpunkt verfolgt:

Zum einen beschäftigen wir uns mit der Realisierung „intelligenter“ anwendungsnaher Kommunikationsdienste,

die durch kommunikationsnetzexterne Fehlertoleranzverfahren, wie Einsatz von Vorwärtsfehlerkontrolle

(FEC), und sonstige netzexterne Maßnahmen (z.B. realisiert in dedizierten “Middleware-Komponenten“)

zur Verbesserung der Qualität von Videokommunikationsdiensten versuchen, die Mängel von Kommunikationsnetzen

mit geringer Dienstgüte (QoS) dem Endbenutzer gegenüber zu verbergen (vgl. Teilvorhaben

2.1.1). Zum zweiten bezieht sich unsere Forschung auf die Konzeption von Systemen mit kommunikationsnetzinternen

Managemententscheidungen, um die Dienstgüte im Kommunikationsnetz selbst zu erhöhen

bzw. eine geforderte QoS zu gewährleisten sowie eine effiziente Betriebsmittelnutzung trotz Echtzeitkom-

129


VIKS – TKRN Jahresbericht 2008Informatik UniHH

130

munikationsanforderungen zu ermöglichen (vgl. Teilvorhaben 2.1.2). Des weiteren werden auch Kombinationen

aus netzexternen und netzinternen Maßnahmen zur Qualitätsverbesserung bei TV- und Videokommunikation

oder VoIP-basierter Sprachübertragung sowie deren Wechselwirkungen von uns untersucht, wobei als

wichtige und anspruchsvolle zu lösende Teilaufgabe hier die präzise Definition eines aussagekräftigen Momentanzustandes

eines Kommunikationsnetzes (z.B. aktuelles Belastungsniveau, Momentanpaketverlustrate,

o.ä.) im Vordergrund steht, incl. der Entwicklung von Verfahren zur schnellen Erkennung signifikanter Zustandsänderungen

(vgl. Teilvorhaben 2.1.3). Die Arbeiten im gesamten Schwerpunkt beziehen sich zurzeit

primär auf Mobilnetze (insbesondere WLANs), Fast Ethernet-LANs und globale Rechnernetze (Internet). Bei

Betrachtung konkreter Videocodierungsalgorithmen werden bislang vorrangig die Standards MPEG-1/-2/-4

sowie H.261/H.263/H.264 für die entsprechenden experimentellen Studien zugrundegelegt.

2.1.1 Untersuchung und Realisierung adaptiver, fehlertoleranter multimedialer Anwendungen mit Echtzeitkommunikation

Heidtmann, Klaus-Dieter, Dr.; Wolfinger, Bernd, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit Mai 2003

Projektbeschreibung:

Qualitätsverbesserung für Audio-/Videokommunikation mit Echtzeitanforderungen durch dedizierte

Middleware: Architekturkonzepte und Werkzeuge zur Qualitätsbeurteilung

Für die durch die TKRN-Forschungsgruppe bereitgestellten Werkzeuge zur QoS-Beurteilung von Videokommunikation

in Echtzeit aus Endbenutzersicht wurde inzwischen eine aus aktueller Sicht hinreichend umfassende

Systemfunktionalität erreicht. Dies betrifft zum einen den Netzemulator NetEmu, der die Qualitätsbeurteilung

von Videosequenzen gestattet, die über eine Menge gekoppelter Kommunikationsnetze übertragen

werden, unter detaillierter Berücksichtigung vollständiger Kommunikationspfade sowie der auf ihnen

entstandenen Ende-zu-Ende-Paketverzögerungen und -verluste. Bei dem zweiten Werkzeug zur QoS-

Beurteilung handelt es sich um das im Rahmen des TeleMuM-Projektes entwickelte Werkzeug Medien-

Explorativ. Dieses wurde im Berichtszeitraum erneut erfolgreich in der Lehre eingesetzt, um die (subjektiv

wahrgenommene) Qualität von Audio- und Videokommunikation in Echtzeit aussagekräftig und valide zu

beurteilen, insbesondere in Kommunikationsnetzen, in denen QoS-verbessernde Maßnahmen und Algorithmen

integriert sind. Dabei spielt insbesondere auch die von neuesten Codierern unterstützte Fehlertoleranz

eine große Rolle und hierbei ihre Auswirkungen auf die Netzbelastung und die Bildqualität. Entsprechende

Ergebnisse konnten im Berichtszeitraum veröffentlicht werden [Heidtmann, Kiritz, Norgall, 2008].

Schlagwörter:

Fehlertoleranz; Fehlerkontrolle; Codierungsstandards (MPEG, H.261, H.263); Hochgeschwindigkeitskommunikation;

Dienstqualität; Applikationen, adaptive

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Heidtmann K., Kiritz M., Norgall J.: Traffic Characterization and Fault Tolerance of H.264/AVC Encoded

Video Streams for QoS-Management in Computer Networks, International Conference on Information

Systems Architectures and Technology, ISAT'2008, Szklarska Poreba, Polen, 21. - 23. September 2008

2.1.2 Lastadaptive Ressourcenverwaltung und Dienstgütemanagement bei Echtzeitkommunikation über

lokale Netze, Mobilnetze und das Internet

Heckmüller, Stephan, Dipl. Inform.; Lai, Junyu, M. Sc.; Wolf, Jürgen, Dr.; Wolfinger, Bernd, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit September 2001

Projektbeschreibung:

Eine zentrale Aufgabe für Übertragungsdienste in hierarchisch strukturierten Kommunikationsnetzen besteht

darin, die Einhaltung zugesagter Echtzeiteigenschaften sicherzustellen, die sich jedoch häufig nicht direkt auf

die Leistungsangebote der unterliegenden Schichten abbilden lassen. Umgekehrt beeinflusst auch der Charakter

des eingebrachten Verkehrs die erreichbare Güte des zu erbringenden Dienstes. Die Komplexität des

Gesamtsystems sowie die erwünschte Abgrenzung der unterschiedlichen Abstraktionsebenen innerhalb des

Kommunikationssystems verlangen somit nach einem hoch entwickelten Dienstgütemanagement. Dieses hat

sowohl die Abbildung von Last- und Leistungsspezifikationen von Ebene zu Ebene vorzunehmen als auch


AG Telekommunikation und Rechnernetze TKRN – VIKS

die Einhaltung von vereinbarten Dienstgüteschranken zu gewährleisten oder zuverlässig entsprechende Fehlermeldungen

zu generieren. Das Dienstgütemanagement muss in diesem Zusammenhang Entscheidungen

treffen, die auf potenziellen zukünftigen Arbeitszuständen und den daraus resultierenden Leistungsgrößen beruhen

bzw. diese beeinflussen. Aufgrund der starken Nichtlinearität der betrachteten Vorgänge können für

diese Entscheidungen keine einfachen Regeln formuliert werden. Vielmehr ist es notwendig, dass das

Dienstgütemanagement mögliche Aktionen und Entscheidungen anhand von Modellen im Voraus bewerten

kann, um so eine optimale Wahl treffen zu können.

In einem jüngst begonnenen Forschungsvorhaben wird untersucht, inwieweit sich – durch eine möglichst optimale

Betriebsmittelverwaltung und Nutzerzugangskontrolle – bei Bereitstellung von TV-Kanälen über das

Internet die Wahrscheinlichkeit von Dienstgüteverletzungen minimieren lässt. Resultate derartiger Studien

sind beispielsweise für heutige Internet Service Provider (ISPs) von hoher Relevanz, sofern sie “Triple (oder

Quadrupel) Play“-Dienste anbieten.

Schlagwörter:

Dienstgüte, Ressourcenmanagement, Echtzeit-Kommunikation, Leistungsbewertung, Mobilnetze

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Heckmüller S.: Bereitstellung von Dienstgüte für aggregierte Multimediaströme in lokalen ‚Broadcast’-

Netzen, GI/ITG-Fachtagung "Kommunikation in Verteilten Systemen" KiVS 2007, Bern, 26. Februar -

2. März 2007 (Award: "Best Diploma Thesis 2006")

Wolf J.: Lastadaptive Betriebsmittelverwaltung und Dienstgütemanagement für verteilte Echtzeitanwendungen

in lokalen und drahtlosen Netzen, Dissertation, Department Informatik, Universität Hamburg, 2007,

erschienen in: Wolfinger B.E. (Hrsg.), Berichte aus dem Forschungsschwerpunkt Telekommunikation

und Rechnernetze, Band 6, Shaker-Verlag, Aachen, 2007

2.1.3 Qualitätsverbesserung von TV-, Video- und Sprachkommunikation über das Internet

Heidtmann, Klaus-Dieter, Dr.; Wolfinger, Bernd, Prof. Dr.

Laufzeit des Projekts:

seit Mai 2001

Projektbeschreibung:

Die Bedeutung der Videokommunikation in heutigen Rechnernetzen nimmt beträchtlich zu, u.a. infolge der

zunehmenden Bedeutung und Anzahl verteilter Multimediaanwendungen (z.B. Videokonferenzen, Videospiele,

Videotelephonie, Video-over-IP, Video on Demand (VoD) und TV über IP (z.B. IPTV)). Wichtige

gegenwärtig existierende Klassen von Netzen sind „Best effort“-Netze und somit nicht ohne weiteres in der

Lage, Videoübertragung in Echtzeit in sehr guter Qualität auch im Hochlastbereich des Netzes dauerhaft bereitzustellen.

Darüber hinaus werden die Netze durch die Integration mehrerer oder gar aller genannten obigen

Multimediaanwendungen und zusätzlich anderer so intensiv genutzt, dass ein Netzmanagement durch

Aufteilung der Netzressourcen gegenseitige Beeinträchtigung möglichst verhindern muss. Bekanntermaßen

werden sowohl bei IPTV als auch VoD die Standards wie H.263 und H264 eingesetzt, deren Untersuchung

TKRN sich seit längerem widmet [Heidtmann, Kiritz, Norgall, 2008], nun auch als Bestandteil komplexerer

Anwendungen wie beispielsweise IPTV. Hier wurden gegen Ende des Berichtszeitraumes Vorarbeiten für eine

Zusammenarbeit mit der Firma Alice (HanseNet) durchgeführt.

Schlagwörter:

Dienstgüte, Videokommunikation, MPEG, Voice over IP (VoIP), Differentiated Services (DiffServ), Vorwärtsfehlerkontrolle

(FEC)

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Fey A.: Optimierung von TCP für Videokommunikation - Realisierung unter Linux, VDM Verlag Dr. Müller,

2007

Heidtmann K., Kiritz M., Norgall J.: Traffic Characterization and Fault Tolerance of H.264/AVC Encoded

Video Streams for QoS-Management in Computer Networks, International Conference on Information

Systems Architectures and Technology, ISAT'2008, Szklarska Poreba, Polen, 21. - 23. September 2008

Kiritz M.: Untersuchung der Fehlerrobustheit H.264/AVC-kodierter Videoströme bei simulierten Übertragungsverlusten,

MMBnet 2007, GI/ITG-Workshop, Hamburg, 13./14. September 2007, 150-159

131


VIKS – TKRN Jahresbericht 2008Informatik UniHH

2.2 Netz-/QoS-Management, Modellierung und Messungen, “Traffic Engineering“

132

Heidtmann, Klaus-Dieter, Dr.; Wolfinger, Bernd, Prof. Dr. (Koordinatoren); Heckmüller, Stephan, Dipl. Inform.;

Lai, Junyu, M. Sc.; Wolf, Jürgen, Dr.

Die zur Zeit laufenden Projekte innerhalb des Forschungsschwerpunktes „Netz-/QoS-Management, Modellierung,

‘Traffic Engineering‘ ” orientieren sich an den beiden Primärzielen eines modellbasierten Dienstgütemanagements

für innovative Kommunikationssysteme sowie an einer angestrebten Nutzung von Analyse-

und Bewertungswerkzeugen, die sich als eine sehr flexible Kombination aus Realsystemkomponenten (z.B.

verteilte multimediale Anwendungen mit Echtzeitkommunikationsanforderungen, Mobilnetze, LANs, Teilnetze

des Internet, Intranets) und Modellkomponenten (z.B. künstliche Lastgeneratoren, analytische oder simulative

Rechnernetzmodelle) konfigurieren und einsetzen lassen. Die Forschungsarbeiten im Berichtszeitraum

bezogen sich in einem FuE-Projekt dieses Forschungsschwerpunkts auf die Weiterentwicklung der

Lastgenerierungs-, Lasttransformations-, Modellierungs-, Netzemulations-, Mess- und Analysewerkzeuge,

insbesondere zum Zwecke der Durchführung QoS-relevanter Studien für Multimediaanwendungen, die über

verlustbehaftete Paketvermittlungsnetze kommunizieren (Werkzeuge, vgl. Teilvorhaben 2.2.1). Zwei Projekte

dieses Schwerpunkts betreffen die Entwicklung und Nutzung von Modellen für Kommunikationsnetze, insbesondere

von Mobilnetzen (Systemmodelle, vgl. Teilvorhaben 2.2.2, bzw. Lastmodelle und ihre Nutzung bei

der Realisierung von künstlichen, evtl. geographisch verteilten Lastgeneratoren, vgl. Teilvorhaben 2.2.3).

Die erzielten Forschungsergebnisse gestatten insbesondere eine deutliche Verbesserung des lastadaptiven

Dienstgüte-(QoS-) Managements, das durch ein neues – QoS-Anforderungen berücksichtigendes – Konzept

für das Ressourcenmanagement in „Broadcast“-Netzen bei Überlagerung von Echtzeit- und Nicht-Echtzeit-

Verkehr unterstützt wird (vgl. Teilvorhaben 2.1.2). Ein 2006 begonnenes Projekt gemeinsam mit Wissenschaftlern

des LIP6, Université P. et M. Curie, Paris, wurde überdies erfolgreich fortgeführt. Dieses Forschungsvorhaben

(vgl. Teilvorhaben 2.2.4) hat die Gewinnung von Modellen zum Ziel, die in der Lage sind,

ein gemessenes Systemverhalten von Rechensystemen und Kommunikationsnetzen möglichst gut zu reflektieren

(funktionale Modellierung).

Als hocherfreuliche Anerkennung der Qualität der studentischen Aktivitäten im Forschungsschwerpunkt

„Netz-/QoS-Management, Modellierung, ‘Traffic Engineering‘ ” ist zu erwähnen, dass eine im Vorjahr abgeschlossene

Diplomarbeit (Andrey Kolesnikov) im Berichtszeitraum durch den GI/GMA-Fachausschuss

"Echtzeitsysteme" ausgezeichnet wurde.

2.2.1 Entwicklung und Anwendung von Modellierungs-, Emulations- und Analysewerkzeugen für Netze

(Mobilnetze, Internet) mit Medienkommunikation

Heckmüller, Stephan, Dipl.-Inform.; Wolfinger, Bernd, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit Januar 2002

Projektbeschreibung:

Aufgrund der zunehmenden Wichtigkeit von Dienstgüteanforderungen ist es beim Entwurf und der Realisierung

innovativer verteilter Anwendungen (z.B. Multimedia-Anwendungen) zunehmend wünschenswert,

Werkzeuge zur Verfügung zu haben, die es gestatten, das Verhalten einer verteilten Anwendung und deren

Kommunikation über verschiedenartige Netze mit unterschiedlichen Paketverlust- und Paketverzögerungscharakteristika

gezielt zu untersuchen und realistisch zu bewerten.

Der in der Arbeitsgruppe TKRN entwickelte Netzemulator NetEmu lässt sich bereits in seiner jetzigen Ausbaustufe

so in verteilte Anwendungen integrieren, dass aus Anwendungssicht keinerlei Unterschied zwischen

der Kommunikation über den Netzemulator und derjenigen über ein reales Rechnernetz feststellbar ist. Darüber

hinaus wurde im Berichtszeitraum ein Werkzeug entwickelt, mit Hilfe dessen Lasttransformationen auf

markovschen Ankunftsprozessen durchgeführt werden können. Dieses Werkzeug ermöglicht einerseits die

Berücksichtigung von spezifischen Netzeigenschaften in vorliegenden analytischen Modellen und kann andererseits

zur Vermittlung von Kenntnissen und Fähigkeiten im Umgang mit analytischen Modellen und Lasttransformationen

in der Lehre eingesetzt werden.

Schlagwörter:

Modellierung; Optimierung; Analyse; Echtzeitsimulation; Experimentierumgebung; Netzemulation


AG Telekommunikation und Rechnernetze TKRN – VIKS

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Heckmüller S., Spork M., Wolfinger B.E.: Load Transformations of Markovian Arrival Processes: Methods

and Tool Support, 3rd International Workshop on Tools for solving Structured Markov Chains,

SMCTools 2008, Athen, Griechenland, 20. Oktober 2008

Scherpe C.: Emulation gekoppelter Rechnernetze mit lastabhängigem Verzögerungs- und Verlustverhalten -

Architekturkonzepte, prototypische Realisierung und Fallstudien, Dissertation, Department Informatik,

Universität Hamburg, 2006, erschienen in: Wolfinger B.E. (Hrsg.), Berichte aus dem Forschungsschwerpunkt

Telekommunikation und Rechnernetze, Band 4, Shaker-Verlag, Aachen, 2006

2.2.2 Analytische, simulative und hybride Leistungs-/Zuverlässigkeitsmodelle für Mobilnetze, das Internet

und für verteilte Anwendungen

Heckmüller, Stephan, Dipl. Inform.; Heidtmann, Klaus-Dieter, Dr.; Lai, Junyu, M. Sc.; Wolf, Jürgen, Dr.;

Wolfinger, Bernd, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit Januar 2004

Projektbeschreibung:

Modelle zur Leistungsbewertung von Audio- und Videokommunikation in Echtzeit

Im Berichtszeitraum wurden im Rahmen einer noch abzuschließenden Diplomarbeit (R. Dembski) Modelle

zur Beschreibung von MPEG-Videoströmen entwickelt. Die Modellierung erfolgte auf Basis von „Batch

Markovian Arrival Processes“ (BMAPs). Hierbei wurden eine Vielzahl von Ansätzen zur Beschreibung der

komplexen statistischen Eigenschaften solcher Ströme sowie Mechanismen zur Zustandsreduktion untersucht.

Erste vielversprechende Ergebnisse bezüglich der Validation dieser Modelle konnten erzielt werden.

Die Anwendung von im Berichtszeitraum entwickelten Lasttransformationen ermöglicht die Berücksichtigung

von Modifikationen dieser Ankunftsströme während der Übertragung, so dass die Realitätsnähe der

Modelle an tieferliegenden Schnittstellen gesteigert werden kann. Darüber hinaus begann im Rahmen einer

weiteren Diplomarbeit (A. Kunde) die Untersuchung und Modellierung von Video-Streaming-Anwendungen

auf TCP-Basis.

Schlagwörter:

Modelle, analytische; Zuverlässigkeitsanalyse; Leistungsanalyse; Kommunikationsnetze; Zerlegungsverfahren,

statistischer Vergleich; MPEG; H.261; H.263; Videokommunikation; Bildqualität; Bildverlustwahrscheinlichkeit;

Code, fehlerkorrigierender; Entscheidungsmodelle; Markov-Reward-Modelle; Verlässlichkeit;

Petri Netze, stochastische

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Heckmüller S.: Bereitstellung von Dienstgüte für aggregierte Multimediaströme in lokalen ‚Broadcast’-

Netzen, GI/ITG-Fachtagung "Kommunikation in Verteilten Systemen" KiVS 2007, Bern, 26. Februar -

2. März 2007 (Award: "Best Diploma Thesis 2006")

Wolf J.: Lastadaptive Betriebsmittelverwaltung und Dienstgütemanagement für verteilte Echtzeitanwendungen

in lokalen und drahtlosen Netzen, Dissertation, Department Informatik, Universität Hamburg, 2007,

erschienen in: Wolfinger B.E. (Hrsg.), Berichte aus dem Forschungsschwerpunkt Telekommunikation

und Rechnernetze, Band 6, Shaker-Verlag, Aachen, 2007

Wolfinger B.E., Heidtmann K. (Hrsg.): Leistungs-, Zuverlässigkeits- und Verlässlichkeitsbewertung von

Kommunikationsnetzen und verteilten Systemen, 4. GI/ITG-Workshop MMBnet 2007, 13./14. September

Hamburg, Bericht 281 des Department Informatik der Universität Hamburg, 2007, 161 S.

2.2.3 Lastmessung und Lastmodellierung für Audio-/Videoverkehr, Leistungs- und Verfügbarkeitsmessungen

sowie “Traffic Engineering“ für dienstintegrierte Kommunikationsnetze

Heckmüller, Stephan, Dipl. Inform.; Heidtmann, Klaus-Dieter, Dr.; Kolesnikov, Andrey, Dipl. Inform.; Wolfinger,

Bernd, Prof. Dr.; externe Kooperationspartner: Fladenmuller, Anne, Dr. sowie Karbaschi, Golnaz

(beide LIP6, Université P. et M. Curie, Paris)

Laufzeit des Projektes:

seit Januar 2004

133


VIKS – TKRN Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Projektbeschreibung:

134

a) Lastspezifikation und Lastgenerierung

Als Fortführung der bisherigen Forschungsarbeiten im Bereich der Lastspezifikation und Lastmodellierung

wurde die bestehende auf den endlichen Benutzerverhaltensautomaten (BVAs) basierende Lastspezifikationstechnik

für die Beschreibung von reaktiven Lastmodellen erweitert und konkretisiert. Reaktive Lastmodelle

sind besonders wichtig, wenn die Abhängigkeit des Benutzerverhaltens von dem momentanen Zustand

des Kommunikationsnetzes bei der Lastmodellierung berücksichtigt werden muss. Die ersten Ergebnisse und

eine entsprechende Realisierung des echtzeitfähigen Lastgenerators UniLoG konnten in [Kolesnikov 2008]

präsentiert werden. In diesem Kontext wurde in dem Berichtszeitraum eine Diplomarbeit (F. Greuel) mit dem

Ziel initiiert, die Möglichkeit einer reaktiven Lastmodellierung exemplarisch für den “Congestion Avoidance

/ Slow Start“-Mechanismus von TCP zu untersuchen. Ferner konnte eine Projektarbeit (S. Kramer, Y. Küstermann)

zur Parametrisierung von BVA-Modellen für VoIP-Anwendungen am Beispiel des freien SIP-

Telefons Linphone erfolgreich abgeschlossen werden.

Abbildung 1: Konstruktion eines BVA-Modells für die VoIP-Telefonieanwendung Linphone in LoadSpec

(links) und die Darstellung der an der RTP/UDP-Schnittstelle generierten Last (rechts).

Im Bereich der Lastgenerierung wurden die Aktivitäten zur Adaption der zunächst abstrakten, mithilfe von

BVAs spezifizierten Lasten an konkrete Lastgenerierungsschnittstellen fortgeführt. Bei der Definition der abstrakten

Auftragstypen und Auftragsattribute kann ihre Semantik für die Lastgenerierung in UniLoG a priori

festgelegt werden. Damit wurde eine Prüfung der Plausibilität des spezifizierten Lastmodells vor der Lastgenerierung

in UniLoG ermöglicht und die Adaption der zunächst abstrakten Lastaufträge an die konkrete

Lastgenerierungsschnittstelle teilweise wesentlich vereinfacht, so dass insgesamt der praktische Nutzen des

Lastgenerators UniLoG für Lastexperimente weiter gesteigert werden konnte. In diesem Kontext wurde im

Rahmen einer noch abzuschließenden Diplomarbeit (M. Kulas) ein Adapter für UniLoG zur Lastgenerierung

an IP-Schnittstellen entwickelt und auf Grenzen seiner Leistungsfähigkeit und Präzision untersucht. Die bisher

durchgeführten Experimente und Fallstudien zeigten bereits auf, dass sich zum einen die hohen Echtzeitanforderungen

bei der Erzeugung realitätsnaher Lasten an der IP-Schnittstelle erfüllen lassen und zum anderen

die angestrebten Leistungsanalysen und Verhaltensprognosen von Netzen mit deutlich reduziertem Aufwand

gegenüber konventionellen Ansätzen erzielt werden können. Das Lastspezifikationswerkzeug LoadSpec

wurde erneut erfolgreich in der Informatiklehre an der Universität Hamburg [Kolesnikov, Heckmüller

2008] sowie - nach Abschluss der entsprechenden Lizenzverträge - an der Ecole Nationale Supérieure des

Télécommunications (ENST-INFRES), Paris, an dem Laboratoire de l’Informatique (LIP6) der Université P.

et M. Curie, Paris sowie an der Universität Rostock eingesetzt.

b) Last- und Qualitätsmessungen bei Videokommunikation und in Mobilnetzen

Als Fortführung vorangegangener Untersuchungen in der Arbeitsgruppe TKRN wurde die neue Codierung

gemäß H.264/AVC im Berichtszeitraum weiter untersucht und die Ergebnisse publiziert [Heidtmann, Kiritz,

Norgall, 2008]. Dabei wurde der Einfluss verschiedener Robustheitstechniken auf die Bildqualität

H.264/AVC kodierter Videoströme, bei denen simulierte Übertragungsverluste auftraten, mit verschiedenen

Verfahren gemessen. Ziel dieser Untersuchung waren quantitative und qualitative Aussagen zur Fehlerrobustheit

und Fehlertoleranz von Verfahren innerhalb der neuen Codiernorm. Diese sind sowohl für den Entwurf,

die Konfigurierung und den Betrieb von Rechnernetzen relevant und sie lassen sich überdies nutzen zur


AG Telekommunikation und Rechnernetze TKRN – VIKS

Beurteilung der vom Benutzer solcher Codierungsstandards zu erwartenden Qualität bei Echtzeitvideokommunikation,

z.B. im Rahmen von Bildtelefonaten und Videokonferenzen bis hin zu IPTV. Bei dieser Arbeit

handelt es sich um sowohl die Fortführung thematisch verwandter Untersuchungen mit älteren Kodierungsverfahren

bzw. bisher noch nicht untersuchten Fehlertoleranzmechanismen. Es wurde bestätigt, dass durch

die Weiterentwicklung der älteren Verfahren mit den Fehlertoleranztechniken von H.264 eine bessere Zuverlässigkeit

bei der Übertragung erreicht werden kann. Dazu wurde für ausgewählte Szenarien die Fehlerrobustheit

untersucht mit dem Ziel, qualitative und quantitative Aussagen über die zu erwartende Bildqualität

bei fehlerhafter Übertragung zu gewinnen und gleichzeitig die durch die Redundanz zusätzlich entstehende

Netzlast zu messen.

Für Mobilnetze (insbesondere „Wireless Mesh Networks“) wurde in einer Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlerinnen

(Dr. A. Fladenmuller sowie Dr. G. Karbaschi) vom LIP6 der Université P. et M. Curie (Paris)

und B. E. Wolfinger eine innovative Messmethode (QualRoute genannt) konzipiert. QualRoute erkennt

die Übertragungsqualität zwischen direkt kommunizierenden Mobilstationen durch die (passive) Beobachtung

des von anderen Stationen induzierten Verkehrs, den eine Station mithören kann, wenn sie sich in derselben

Funkzelle befindet (ohne dass sie selbst als Sender oder als adressierter Empfänger der Datenübertragung

fungiert). Ein Vorschlag für die Integration der QualRoute-Messmethode in einen adaptiven Routingalgorithmus

wurde ebenfalls ausgearbeitet [Karbaschi, Fladenmuller, Wolfinger 2008]. Überdies fand im Berichtszeitraum

eine Disputation (Golnaz Karbaschi) im direkten Umfeld dieses Forschungsvorhabens statt,

bei der Prof. Wolfinger als Gutachter fungierte.

Schlagwörter:

Lastbeschreibung, formale; Lastmodellierung; Lastmessungen; Leistungs-/Verfügbarkeitsmessungen; Lasttransformation;

MPEG-Codierung; Videokommunikation; „Traffic Engineering”

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Cong J.: Load Specification and Load Generation for Multimedia Traffic Load in Computer Networks, Dissertation,

Department Informatik, Universität Hamburg, 2006, erschienen in: Wolfinger B.E. (Hrsg.), Berichte

aus dem Forschungsschwerpunkt Telekommunikation und Rechnernetze, Band 5, Shaker-Verlag,

Aachen, 2006

Cong J., Wolfinger B.E.: A Unified Load Generator Based on Formal Load Specification and Load Transformation,

ValueTools 2006, First Intern. IEEE Conf. on Performance Evaluation Methodologies and

Tools, Pisa, October 2006

Gaitzsch M.: Benutzerorientierte Leistungs- und Verfügbarkeitsbewertung von Internetdiensten, VDM Verlag

Dr. Müller, 2007

Hadji L.: A Unified Load Generator for Geographically Distributed Generation of Network Traffic, International

Master Thesis, Dept. of Computer Engineering, Dalarna University, Sweden & Computer Science

Dept., University of Hamburg 2006

Heckmüller S., Wolfinger B.E.: Load Transformations of Markovian Arrival Processes, International Conference

on “Analytical and Stochastic Modelling Techniques and Applications” ASMTA 2007, Prag,

June 2007 (a)

Heckmüller S., Wolfinger B.E.: Modellierung verlustinduzierender Lasttransformationen für markovsche

Ankunftsprozesse, MMBnet 2007, GI/ITG-Workshop, Hamburg, 13./14. September 2007, 36-49 (b)

Heidtmann K., Kiritz M., Norgall J.: Traffic Characterization and Fault Tolerance of H.264/AVC Encoded

Video Streams for QoS-Management in Computer Networks, International Conference on Information

Systems Architectures and Technology, ISAT'2008, Szklarska Poreba, Polen, 21. - 23. September 2008

Karbaschi G., Fladenmuller A., Wolfinger B.E.: Link-Quality Measurement Enhancement for Routing in

Wireless Mesh Networks, 9 th IEEE International Symposium on a World of Wireless, Mobile and Multimedia

Networks, WoWMoM 2008, Newport Beach, CA, USA, 23.-27. June 2008

Kiritz M.: Untersuchung der Fehlerrobustheit H.264/AVC-kodierter Videoströme bei simulierten Übertragungsverlusten,

MMBnet 2007, GI/ITG-Workshop, Hamburg, 13./14. September 2007, 150-159

Kolesnikov A.: Prototypische Realisierung eines echtzeitfähigen Lastgenerators für dienstintegrierende Netze,

Informatiktage 2006, Bonn, Lecture Notes in Informatics (LNI), GI-Edition, 2006, 127-130

Kolesnikov A.: Konzeption und Entwicklung eines echtzeitfähigen Lastgenerators für Multimedia-

Verkehrsströme in IP-basierten Rechnernetzen, Echtzeit 2008, Boppard am Rhein, 27. - 28. November

2008

Kolesnikov A., Heckmüller S.: LoadSpec - ein E-Learning Werkzeug zur Lastspezifikation im Bereich der

Telematik, E-Learning Baltics, eLBa 2008, Rostock, 17. - 19. Juni 2008

Schwengel M.: Verteilte Lastgenerierung - Architekturen, Realisierungen und Fallstudien, VDM Verlag Dr.

Müller, 2007

135


VIKS – TKRN Jahresbericht 2008Informatik UniHH

2.2.4 Funktionale Modellierung gemessenen Systemverhaltens von Rechensystemen und Kommunikationsnetzen

Wolfinger, Bernd, Prof. Dr.; externe Kooperationspartner: Baynat, Bruno, Dr., Begin, Thomas, Dr. und Fdida,

Serge, Prof. Dr. (alle drei : LIP6, Université P. et M. Curie, Paris) sowie Brandwajn, Alexandre, Prof. Dr.

(University of California, Santa Cruz, USA)

Laufzeit des Projekts:

136

seit Mai 2006

Projektbeschreibung:

Gegenwärtige Rechner- und Kommunikationssysteme zeichnen sich durch eine zunehmend hohe Komplexität

aus wie sich u.a. am Beispiel der heutzutage häufig multiprozessorbasierten Rechnerarchitekturen oder

des aktuellen Internet bzw. der Mobilnetze mit ihren zur Zeit (noch) exponentiell anwachsenden Benutzerzahlen

zeigt. Auch verbergen heutige Rechner und besonders die globalen Rechnernetze ihre interne Struktur

in der Regel vor ihren Benutzern. Bei einer derartigen “Black Box” -Sicht auf ein System wäre es vorteilhaft,

wenn gute Approximationen für beobachtetes (z.B. gemessenes) Systemverhalten gefunden werden könnten,

beispielsweise durch eine geeignete Kombination und Parametrisierung einer kleinen Menge elementarer

Wartenetzmodelle.

Während des Forschungsaufenthaltes von Prof. Wolfinger am LIP6 (Mai/ Juni 2006) wurde ein derartiger, a

priori bereits von LIP6-Wissenschaftlern verfolgter, Forschungsansatz aufgegriffen und weiterentwickelt. Insbesondere

wurde eine Menge von Wartesystem- und Wartenetzmodellen (quasi als Modellbausteine) identifiziert,

die sich – wie zahlreiche Experimente unterstrichen – gut eignen, um gemessenes Systemverhalten bei

geeigneter Kombination der Modellbausteine und nach adäquater Parameterwahl der freien Modellparameter

zu approximieren. Eine allgemein anwendbare Methode zur Auswahl, Kombination und Kalibrierung der

Modellbausteine wurde entwickelt. Die Methodik konnte im Berichtszeitraum mit weiteren umfassenden

Fallstudien (insbesondere die Überlagerung von IP-Verkehr in WLANs betreffend) mit sehr gutem Erfolg

vertieft validiert werden. Die durchgeführten Forschungsarbeiten führten in der Vergangenheit bereits zu

mehreren Publikationen, eine weitere Zeitschriftenpublikation befindet sich zur Zeit in der Begutachtungsphase.

Überdies fand im Berichtszeitraum eine Disputation (Thomas Begin) im direkten Umfeld dieses Forschungsvorhabens

statt, bei der Prof. Wolfinger als Prüfer fungierte.

Schlagwörter:

Verhaltensmodellierung, Modellkonstruktion, Systemmessungen, „Black-Box“-Systeme

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Begin T., Brandwajn A., Baynat B., Wolfinger B.E., Fdida S.: Towards an Automatic Modeling Tool for Observed

System Behavior, European Performance Engineering Workshop EPEW 2007, Berlin, 27./28.

September 2007 (a)

Begin T., Brandwajn A., Baynat B., Wolfinger B.E., Fdida S.: High-level Approach to Modeling of Observed

System Behavior, PERFORMANCE 2007, IFIP WG 7.3 Intern. Symp. on Computer Performance,

Modeling, Measurements, and Evaluation, Köln, 2.-5. Okt. 2007 (b)

Begin T., Brandwajn A., Baynat B., Wolfinger B.E., Fdida S.: High-level Approach to Modeling of Observed

System Behavior, SIGMETRICS Performance Evaluation Review, Vol. 35, No. 3; Dez. 2007, 34-36 (c)

2.3 Parallelverarbeitung und Parallelprogrammierung

Lehmann, Martin, Dr. (Koordinator); Wolfinger, Bernd, Prof. Dr.

Laufzeit des Gesamtvorhabens:

seit Januar 2004

Projektbeschreibung:

In dem Projekt ‘One Laptop Per Child‘ wird jedem Kind einer Schule ein mobiler Kleinrechner zur Verfügung

gestellt, der seine Energie aus einer Batterie bezieht. Die einzelnen Rechner kommunizieren untereinander

per Funk. Jederzeit sollte es einem Rechner und damit dem besitzenden Kind möglich sein, einem existierenden

Funknetz beizutreten oder sich aus einem bestehenden Netz zu verabschieden. Ein Problem in solchen

hochdynamischen Netzen bildet das Routing. Eine Technik ist das Ad-Hoc On-Demand Distance Vector

(AODV) Routing. Bei diesem Verfahren wird von einem Knoten ein Suchpaket nach dem Kommunikationspartner

auf die Reise geschickt. Der Suchknoten sendet es an alle seine Nachbarn, diese wiederum senden

es nach dem Flutprinzip an ihre Nachbarn weiter. Gleichzeitig merkt sich jeder Zwischenknoten in einem

Routing-Cache die Herkunft dieses Suchpakets. Für die Rückantwort vom Kommunikationspartner ist so ein


AG Telekommunikation und Rechnernetze TKRN – VIKS

eindeutiger Weg nutzbar. Natürlich sind die Informationen in den jeweiligen Routing-Caches nach kurzer

Zeit zu löschen. Herr Lennart Poettering wies in seiner Diplomarbeit mittels Simulation nach, dass obiges

Verfahren durchaus in Ad-Hoc-Netzen mit mehr als 1000 Teilnehmern für die Verwaltung allgemeiner

Dienste einsetzbar ist. Er beschränkte aber den Durchmesser der untersuchten Netze auf 5, was den Anforderungen

im Projekt ‘One Laptop Per Child‘ entspricht. Eine interessante Frage bleibt die nach der Effizienz

obigen Ad-Hoc-Routings beim Wachsen des Netzdurchmessers auf etwa 100.

Schlagwörter:

Algorithmenparallelisierung; Lastausgleich; Verteilte Lastgenerierung; Parallelprogrammierung; Leistungs-/

Zuverlässigkeitserhöhung, Diensteverteilung, verteilte Überprüfung von Berechtigungen

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Hadji L.: A Unified Load Generator for Geographically Distributed Generation of Network Traffic, International

Master Thesis, Dept. of Computer Engineering, Dalarna University, Sweden & Computer Science

Dept., University of Hamburg 2006

Poettering L.: Diensteverwaltung in Ad-Hoc-Netzwerken, Diplomarbeit, Department Informatik, Fakultät für

Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften, Universität Hamburg 2007

Schwengel M.: Verteilte Lastgenerierung - Architekturen, Realisierungen und Fallstudien, VDM Verlag Dr.

Müller, 2007

Drittmittelprojekte

2.4 DFG-Projekt LUPUS: Load Transformations and their Usage for Traffic Prediction and Understanding

in Networks with Security Requirements

Heckmüller, Stephan, Dipl. Inform.; Heidtmann, Klaus-Dieter, Dr.; Kolesnikov, Andrey, Dipl. Inform.; Wolfinger,

Bernd, Prof. Dr.; externer Kooperationspartner: Carle, Georg, Prof. Dr. (Uni Tübingen / TU München)

Laufzeit des Projektes:

11/2007 bis 10/2009

Projektbeschreibung:

Projektziele

Die realitätsnahe Modellierung und Vorhersage des Datenverkehrs in komplexen Rechnernetzen wie dem Internet

ist derzeit nur ansatzweise und unter bestimmten Voraussetzungen möglich. Auch bei der Analyse von

beobachtetem Internetverkehr zu Zwecken der Verkehrscharakterisierung und Erkennung von Anomalien

sowie Fehlfunktionen und Angriffen – einem wichtigen Aspekt der Netzsicherheit – besteht akuter Forschungsbedarf.

Im Rahmen dieses Projektes sollen diese beiden Problemstellungen gemeinsam betrachtet werden, um neue

Verfahren zur Modellierung und Analyse von Internetverkehr zu finden und zu untersuchen. Die geplanten

Arbeiten im Bereich Verkehrsmodellierung konzentrieren sich auf den analytischen Lasttransformationsansatz,

mit dem der für die Verkehrsanalyse wichtige Zusammenhang zwischen der durch die Anwendung aufgeprägten

Last und dem daraus resultierenden Verkehr auf tiefer liegenden Protokollschichten präzise beschreiben

lässt. Die Projektaktivitäten im Bereich Verkehrsanalyse dienen dazu, realen Netzverkehr besser zu

verstehen und wichtige Erkenntnisse für realitätsnahe Verkehrsmodellierungen zu gewinnen. Ein weiteres

Ziel der Verkehrsanalyse ist es, durch Data-Mining, durch die Untersuchung von Paketinhalten und durch inverse

Lasttransformation Rückschlüsse auf den aktuellen System- und Netzzustand sowie auf das Benutzerverhalten

zu ziehen. Adaptive passive und aktive Verkehrsmessungen liefern die dafür benötigten Verkehrsmessdaten.

Die neuen Verfahren des Projektes versprechen, wesentlich zur Verbesserung der Sicherheit, der

Leistungsfähigkeit und des Managements von Rechnernetzen beizutragen.

Bislang erzielte Forschungsresultate

Lasten (als Sequenz von Aufträgen) werden in Kommunikations- und Rechensystemen bei ihrer systeminternen

(Weiter-)Verarbeitung in der Regel in ihrer Art und in ihrem inhärenten Auftragsankunftsprozess beträchtlich

verändert. Die hierdurch hervorgerufenen Veränderungen der Lastcharakteristiken überführen in

unserer Terminologie eine Primärlast in eine Sekundärlast, wobei dieser Vorgang als Lasttransformation be-

137


VIKS – TKRN Jahresbericht 2008Informatik UniHH

138

zeichnet wird. Wir befassen uns momentan insbesondere mit der Transformation markovscher Ankunftsprozesse,

für die eine Vielzahl analytischer Bewertungsmethoden existieren.

Im Berichtszeitraum konnten theoretische Resultate über die Eigenschaften fragmentierter Ankunftsströme

erzielt werden, sowie die Anwendbarkeit der entwickelten Lasttransformation auf Optimierungsprobleme in

Rechnernetzen gezeigt werden [Heckmüller, Wolfinger 2008 (a)]. Darüber hinaus erfolgte die Charakterisierung

von Lasttransformationen auf Basis markovscher Ankunftsprozesse zur mathematisch-analytischen

Modellierung von im Internet eingesetzten Lastglättungsmechanismen (Token- bzw. Leaky-Bucket-

Regulatoren). Die Realitätsnähe dieser Transformation konnte durch Simulationsstudien untermauert werden

[Heckmüller, Wolfinger 2008 (b)]. Zur systematischen und intuitiven Durchführung der entwickelten Transformationen

wurde ein Werkzeug mit graphischer Benutzungsoberfläche entwickelt [Heckmüller, Wolfinger,

Spork 2008].

Darüber hinaus untersuchen wir verstärkt die Invertierbarkeit von Lasttransformationen, um so die Eigenschaften

von Primärlasten rekonstruieren zu können. Im Berichtszeitraum konnten hier bereits einige vielversprechende

Ergebnisse erzielt werden, mit deren Hilfe teilweise detaillierte Aussagen über nicht beobachtbare

Primärlasten getroffen werden können.


transformer


transformAlgPluginA

add ()

add ()

setSuccessor ()

setInput ()

delete ()


loadPlugin ()

transform ()

delete ()

PluginA

setSuccessor ()

delete ()


transformAlgPluginB


Abbildung 2: Darstellung einer Abfolge von Transformationen im entwickelten Werkzeug BMAPTrans

(links) und Sequenzdiagramm des internen Ablaufs der Transformationen (rechts)

Abbildung 3: Vergleich der Zwischenankunftszeiten des analytisch transformierten Prozesses mit dem

simulativ transformierten bzw. dem untransformierten Prozess zur Validierung der Token-Bucket-

Transformation

Schlagwörter:

Lasttransformation, Verkehrs-/Lastmessungen, Traffic-Engineering, Angriffserkennung, Anomalieerkennung

Publikationen aus dem Forschungsbereich:

Heckmüller S., Spork M., Wolfinger B.E.: Load Transformations of Markovian Arrival Processes: Methods

and Tool Support, 3rd International Workshop on Tools for solving Structured Markov Chains,

SMCTools 2008, Athen, Griechenland, 20. Oktober 2008

Heckmüller S., Wolfinger B.E.: Using Load Transformations to Predict the Impact of Packet Fragmentation

and Losses on Markovian Arrival Processes, 15th International Conference on Analytical and Stochastic

Modelling Techniques and Applications; ASMTA'08, Nicosia, Cyprus, 4. - 6. June 2008 (a)

run ()

setInput ()

run ()

loadPlugin ()

transform ()

delete ()

PluginB


AG Telekommunikation und Rechnernetze TKRN – VIKS

Heckmüller S., Wolfinger B.E.: Analytical Modeling of Token Bucket Based Load Transformations, International

Symposium on Performance Evaluation of Computer and Telecommunication Systems, SPECTS

2008, Edinburgh, 16. - 18. June 2008 (b)

Finanzierung:

Geldgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Laufzeit der Förderung: 11/2007 bis 10/2009 (1. Förderabschnitt; Verlängerungsoption)

Sachmittel: EUR 6000,--

Personalmittel: 1 BAT IIa-Stelle für 2 Jahre; 1440 h für student. Hilfskräfte

3. Publikationen und weitere Leistungen

Wissenschaftliche Publikationen im Berichtszeitraum

Heckmüller S., Spork M., Wolfinger B.E.: Load Transformations of Markovian Arrival Processes: Methods

and Tool Support, 3rd International Workshop on Tools for solving Structured Markov Chains,

SMCTools 2008, Athen, Griechenland, 2008, 10 S.

Heckmüller S., Wolfinger B.E.: Using Load Transformations to Predict the Impact of Packet Fragmentation

and Losses on Markovian Arrival Processes, 15th International Conference on Analytical and Stochastic

Modelling Techniques and Applications; ASMTA'08, Nicosia, Cyprus, 2008, 31 - 46.

Heckmüller S., Wolfinger B.E.: Analytical Modeling of Token Bucket Based Load Transformations, International

Symposium on Performance Evaluation of Computer and Telecommunication Systems, SPECTS

2008, Edinburgh, 2008, 15 - 23.

Heidtmann K., Kiritz M., Norgall J.: Traffic Characterization and Fault Tolerance of H.264/AVC Encoded

Video Streams for QoS-Management in Computer Networks, International Conference on Information

Systems Architectures and Technology, ISAT'2008, Szklarska Poreba, Polen, 2008, 153 - 162.

Karbaschi G., Fladenmuller A., Wolfinger B.E.: Link-Quality Measurement Enhancement for Routing in

Wireless Mesh Networks, 9 th IEEE International Symposium on a World of Wireless, Mobile and Multimedia

Networks, WoWMoM 2008, Newport Beach, CA, USA, 2008, 9 S.

Kolesnikov A.: Konzeption und Entwicklung eines echtzeitfähigen Lastgenerators für Multimedia-

Verkehrsströme in IP-basierten Rechnernetzen, Echtzeit 2008, Boppard am Rhein, Informatik aktuell,

Springer-Verlag, 2008, 91 - 100.

Kolesnikov A., Heckmüller S.: LoadSpec - ein E-Learning Werkzeug zur Lastspezifikation im Bereich der

Telematik, E-Learning Baltics, eLBa 2008, Rostock, 2008, 243 - 253.

Wissenschaftliche Vorträge

S. Heckmüller :

• TU München, Informatik-Sonderkolloquium, 10. Dezember 2008: “Lasttransformation in Rechnernetzen

und ihre Invertierung“

B. E. Wolfinger :

• TU Dresden, Kolloquium des “Zentrums für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen

(ZIH)”, 10. Juli 2008: “Traffic Engineering and Performance Engineering for Multimedia Applications

in the Internet and in Mobile Networks”

4. Wichtige weitere Aktivitäten

Mitarbeit in wissenschaftlichen außeruniversitären Gremien

(a) ‘Editorial Board’- Mitgliedschaften/ Herausgebertätigkeiten:

Wolfinger, Bernd E.:

• International Journal of Communication Systems (J. Wiley), Mitglied Editorial Board

• Far East Journal of Electronics and Communications (Pushpa Publishing House), Mitglied Editorial

Board

• Schriftenreihe Berichte aus dem Forschungsschwerpunkt Telekommunikation und Rechnernetze

(Shaker-Verlag), Herausgeber

139


VIKS – TKRN Jahresbericht 2008Informatik UniHH

140

(b) Mitgliedschaften in Programmkomitees, u.ä.:

Wolfinger, Bernd E.:

TPC-Mitglied PDCN’08 (IASTED International Conference on Parallel and Distributed Computing and

Networks, 12.2.-14.2.2008 in Innsbruck, Austria)

TPC-Mitglied MMB’08 (14. GI/ITG Konferenz Messung, Modellierung und Bewertung von Rechen- und

Kommunikationssystemen, 31.3.- 2.4.2008 in Dortmund)

TPC-Mitglied WOC’08 (IASTED International Conference on Wireless and Optical Communications,

26.5. - 28. 5.2008 in Quebec, Canada)

TPC-Mitglied PDPTA’08 (International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques

and Applications, 14.6. - 17.6.2008 in Las Vegas, USA)

TPC-Mitglied ICOMP’08 (International Conference on Internet Computing, 14.6. - 17.6.2008 in Las Vegas,

USA)

TPC-Mitglied SPECTS’08 (International Symposium on Performance Evaluation of Computer and Telecommunication

Systems, 16.6. - 18.6.2008 in Edinburgh, UK)

TPC-Mitglied DepCoS-RELCOMEX’08 (3rd Conference on Dependability of Computer Systems, 26.6. -

28.6.2008 in Szklarska Poreba, Polen)

TPC-Mitglied CTRQ’08 (International Conference on Communication Theory, Reliability, and Quality of

Service, 29.6. - 5.7.2008 in Bukarest, Rumänien)

TPC-Mitglied DeLFI 2008 (GI-Fachtagung Deutsche eLearning Fachtagung Informatik, 7.9. - 10.9.2008

in Lübeck)

TPC-Mitglied PIMRC 2008 (IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio

Communications, 15.9. - 18.9.2007 in Cannes, Frankreich)

TPC-Mitglied ISAT’08 (International Conference on Information Systems Architecture and Technology,

21.9. - 23.9.2008 in Szklarska Poreba, Polen)

TPC-Mitglied DIMS’08 (IASTED International Conference on Distributed and Intelligent Multimedia

Systems, 16.11.-18.11.2008 in Orlando, USA)

TPC-Mitglied WCSN’08 (4nd International Conference on Wireless Communication and Sensor Networks,

27.12.-29.12.2008 in Indore, Indien)

TPC-Mitglied PDCN’09 (IASTED International Conference on Parallel and Distributed Computing and

Networks, 16.2.-18.2.2008 in Innsbruck, Austria)

TPC-Mitglied KiVS 2009 (16. ITG/GI-Fachtagung Kommunikation in Verteilten Systemen, 2.3. - 6.3.2009

in Kassel)

sowie

GI-Vertrauensdozent Gesellschaft für Informatik (GI) .

Mitarbeit in universitären Gremien

Heidtmann, Klaus-Dieter:

Gemeinsame Kommission „Mathematik/Physik/Informatik

TKRN-Sicherheitsbeauftragter

TKRN-Lehrplanungsbeauftragter

Lehmann, Martin:

Promotionsausschuss

Beauftragter des FB Informatik für die Verwaltung der Tutoren- und Student. Hilfskraftmittel

Wolfinger, Bernd:

Prüfungsausschuss (sowohl für Diplom- als auch für BSc/MSc-Studiengang)

Promotionsausschuss (Stellvertr. Vorsitzender)

Habilitationsausschuss

Ausschuss zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses

Ausschuss „Bestes Vordiplom“

Gemeinsame Kommission „Mathematik/Physik/Informatik

Begutachtungstätigkeit

Heckmüller, Stephan:

Gutachtertätigkeit für die Tagungen MMB 2008 (ITG/GI-Konferenz Messung, Modellierung und Bewertung

von Rechen- und Kommunikationssystemen), SPECTS 2008 (Internat. Symp. on Performance

Evaluation of Computer and Telecommunication Systems) sowie KiVS 2009 (ITG/GI-Fachtagung

Kommunikation in Verteilten Systemen).

Heidtmann, Klaus:

Gutachter-/Refereetätigkeit für die Zeitschrift IEEE Transactions on Reliability, 2008


AG Telekommunikation und Rechnernetze TKRN – VIKS

Gutachtertätigkeit für die Tagungen PDCN’08 (IASTED Internat. Conf. on Parallel and Distributed

Computing and Networks) sowie DeLFI 2008 (GI-Fachtagung Deutsche eLearning Fachtagung Informatik).

Lehmann, Martin:

Gutachtertätigkeit für die Tagung SPECTS 2008 (Internat. Symp. on Performance Evaluation of Computer

and Telecommunication Systems).

Wolfinger, Bernd:

Begutachtungen für die Zeitschriften Computer Networks und IT – Information Technology, 2008 sowie

Gutachtertätigkeit (i) für die Konferenzen/Tagungen SPECTS 2008, WOC’08, MMB 2008, PDCN’08,

DepCoS_RELCOMEX’08, WCSN’08, PIMRC’08, DeLFI 2008, CTRQ 2008, etc als Mitglied des

Programmkomitees (s.o.); sowie (ii) für die Zeitschrift Internat. Journal of Communication Systems

(J. Wiley) als Member des Editorial Board (s.o.).

Externer Gutachter bzw. Prüfer in den Promotionsverfahren von Frau Dr. G. Karbaschi, Dr. C. Rolland

und Herrn Dr. Thomas Begin (allesamt Wissenschaftler/Doktoranden des LIP6, Université Pierre et

Marie Curie, Paris; März & Dez. 2008).

Kongressorganisation/-ausrichtung durch Mitglieder der Departmenteinrichtung

--

Preisverleihungen an Mitglieder der Departmenteinrichtung

Wolf, Jürgen:

MMB-Preis „Beste Dissertation 2007“, GI/ITG-Fachgruppe „Messung, Modellierung und Bewertung von

Rechensystemen (MMB)“: Preisverleihung bei der MMB2008-Konferenz, Dortmund, April 2008

Kolesnikov, Andrey:

Preis (Diplomarbeitsauszeichnung) des GI/GMA-Fachausschusses "Echtzeitsysteme", 2008: Preisverleihung

bei der Echtzeit 2008-Fachtagung, Boppard, November 2008

141


VIKS – TKRN Jahresbericht 2008Informatik UniHH

142


AB Verteilte Systeme und Informationssysteme VSIS - VIKS

Arbeitsbereich

Verteilte Systeme und Informationssysteme (VSIS)

Vogt-Kölln-Straße 30 ,Haus F, D-22527 Hamburg; Tel.: +49 40 428 83-2420, Fax: +49 40 428 83-2328

http://vsis-www.informatik.uni-hamburg.de

1. Zusammenfassende Darstellung

Mitglieder der Departmenteinrichtung:

ProfessorInnen:

Dr. Winfried Lamersdorf, Dr.-Ing. Norbert Ritter

AssistenInnen/Wiss. MitarbeiterInnen:

Dipl.-Inf. Dirk Bade, Dr. Lars Braubach, Dipl.-Inf. Marc Holze, Dipl.-Inf. Martin Husemann, Dipl.-Inf.

Kathleen Krebs, Dipl.-Inform. Fabian Panse, Dr. Alexander Pokahr, Dipl.-Inf. Michael v. Riegen, Dipl.-Inf.

Ante Vilenica (seit 01.11.2008), Dipl.-Inf. Sonja Zaplata

Technisches und Verwaltungspersonal:

Anne Awizen (Fremdsprachliche Angestellte), Dipl.-Ing. (FH) Volker Nötzold (Systemunterstützung)

DoktorandInnen:

Dipl.-Math. Iryna Kozlova, Dipl.-Inform. (FH) Jan Sudeikat, Dipl.-Inform. Harald Weinreich

Allgemeiner Überblick

VSIS umfasst zwei Teilgruppen, die jeweils eigenständig auf unterschiedlichen aber thematisch verwandten

Themengebieten forschen und lehren: dem der „Verteilten Systeme“ (VS), geleitet von Prof. Dr. W. Lamersdorf,

sowie dem der „Datenbanken und Informationssysteme“ (IS), geleitet von Prof. Dr. N. Ritter.

Dabei werden im Bereich VS schwerpunktmäßig die Konzeption, prototypische Implementierung sowie der

Einsatz und die Anwendung von Systemsoftware zur Unterstützung offener verteilter Anwendungen betrachtet;

der Bereich IS beschäftigt sich vorrangig mit Entwurfs-, Konzeptions- und Implementierungsfragen von

Informations-, Datenbank- und Datenbankverwaltungssystemen – speziell Modellierungs-, Architektur- und

Realisierungskonzepten zur Unterstützung der Datenverwaltung in komplexen Anwendungsbereichen.

Da die Komplexität aktueller Anwendungen beider Teilbereiche im Wesentlichen auf Probleme der Heterogenität

und Verteilung zurückzuführen ist, ergänzen sich beide Teilbereiche gegenseitig und greifen thematisch

ineinander. Exemplarische gemeinsame Arbeitsgebiete sind aktuelle Systemtechnologien wie z.B. Service

Oriented Architectures (SOA) bzw. Web-Services. Dies umfasst auch die Beschäftigung mit verschiedenen

Arten von (verteilten Geschäfts-) Prozessen (Workflows)und verschiedenste Aspekte des GRID Computing

auf der Grundlage der immer leistungsfähigeren und weiter verbreiteten Informations- und Kommunikationstechnologien,

wie z.B. der des Internets.

Forschungsschwerpunkte im Bereich „Verteilte Systeme“

So entsteht auf Anwendungsebene ein offener elektronischer Markt von Akteuren und Diensten, in dem

Diensterbringer dedizierte Funktionen (wie z. B. Datenbankdienste) über wohl definierte Schnittstellen einer

Vielzahl von externen Dienstnehmern – im Sinne einer Service Oriented Architecture (SOA) – zur Verfügung

stellen oder auch als eigenständige Akteure direkt (peer-to-peer) untereinander koordinieren. Dabei spielen

anwendungsspezifische Kooperations- und Kommunikationsunterstützung, dedizierte Systemdienste (wie

z.B. Web Services) sowie generische Systemplattformen und -funktionen zur Unterstützung von Dienstauswahl,

-vermittlung und -verwaltung und zur Dienstintegration (im Sinne zusammengesetzter Dienste oder

auch Software-Komponenten) sowie zur Dienstkoordination (im Sinne verteilter Abläufe, Workflows oder

Geschäftsprozesse) eine wichtige Rolle. Gerade im Kontext elektronischer Dienstemärkte muss jedoch auch

die Möglichkeit zur Individualisierung von Softwareanwendungen für alle Marktteilnehmer erhalten bleiben;

dies gilt z.B. für innovative Verhandlungsprotokolle oder Koordinations- und Vertragsschablonen (meist verteilt

ablaufender, z.T. auch organisationsübergreifender) Geschäftsprozesse.

Um so in verteilten Umgebungen Dienste effizient nutzen und miteinander kombinieren zu können, müssen

derartige Kooperationen von geeigneten generischen Systemdiensten (wie z.B. Middleware-Plattformen) angemessen

unterstützt werden. Solche zu konzipieren und (weiter) zu entwickeln ist ein wichtiges Ziel der

Forschungsarbeiten des Bereiches VS. Die Komplexität der dabei anfallenden Probleme beruht u. a. auf der

143


VIKS - VSIS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

144

Heterogenität und Offenheit der verwendeten Netze und Diensterbringer sowie der Diskrepanz zwischen

möglichst parallel zu unterstützenden Integrations- und Autonomieanforderungen.

Forschungsgegenstände früherer Jahre waren deshalb u.a. anwendungsnahe Kommunikationsfunktionen für

verteilte (Dienst-) Gruppen und deren Kooperationsbedürfnisse, geeignete Repräsentationsformen für die

Dienstspezifikationen, ergänzende Notariats-, Sicherheits- und Abrechnungsfunktionen sowie eine gemeinsame

Plattform für Systemkomponenten zur Unterstützung des Zugangs zu entfernten Diensten in offenen

verteilten Umgebungen. Darauf wurden dann erweiterte Vermittlungskomponenten (Trader/Broker) konzipiert

und auf unterschiedlichen (Standard-) Middleware-Plattformen implementiert. Dabei wird der Zugang

zu Diensten durch spezielle Systemfunktionen zur Spezifikation, Speicherung und Kontrolle von Dienstangeboten

auf der Grundlage standardisierter Schnittstellen und Protokolle unterstützt. Ein wichtiges Thema im

Anwendungsgebiet E-Business/E-Commerce ist zudem die systemtechnische Unterstützung des Aushandelns,

des Abschlusses sowie der Ausführung von Verträgen mit verschiedenen, autonomen Partnern in offenen

verteilten Umgebungen (wie z.B. im Intra- oder Internet).

Darüber hinaus wichtig ist aber auch die Koordination und Kontrolle komplexer verteilter Dienste und Anwendungsvorgänge

sowie die Steuerung (bzw. das Management) verteilt ablaufender Funktionen und Anwendungen

mit unterschiedlichen Charakteristika durch Mechanismen und Systemfunktionen von entsprechenden

dezentralen Koordinationsmechanismen – wie z.B. (Multi-) Agentenplattformen, Event-driven Architectures

(EDA) oder Policy Management-Komponenten.

Dazu bekommt der Zugang zu Diensten von mobilen Geräten unterschiedlicher Art (vom PDA bis zum Mobiltelefon)

aus und von nahezu beliebigen Orten und deren ortsabhängige (kontextbasierte) Steuerung eine

immer stärkere Bedeutung. Auch derartige Anwendungen sind (oft hochgradig) verteilt und erfordern eine

sowohl auf die besonderen Verteilungsaspekte als auch auf die speziellen (oft eingeschränkten) Eigenschaften

der Geräte abgestimmte Systemunterstützung – u.a. auch mit dem Ziel möglichst weit gehender Autonomie

oder sogar (n zunehmendem Maße) Selbstorganisation.

Derartige Themen wurde im Bereich VS u.a. auch im Rahmen verschiedener Drittmittelprojektakte untersucht:

so z.B. 1996-2000 durch die von der EU geförderten Projekte „OSM“ (ACTS) und „COSMOS“

(ESPRIT), 1996-2000 im DFG-Projekt „DynamiCS“, im Anwendungsbereich Elektronische Bibliotheken

1997-1999 in den BMBF-Projekten „GlobalInfo“ und „Medoc“ und im Bereich verteilte Umweltinformationssysteme

1997-2000 durch das von der GKSS geförderte Projekt „TIDE“; 2002-2004 dann zum Thema

„Web Services“ im von den HP Labs in Bristol, UK, geförderten Projekt „FRESCO“ sowie 2000-2008 im

Bereich der Anwendung von (Multi-) Agententechnologien auf die Krankenhauslogistik das von der DFG im

Schwerpunktprogramm ‚Intelligente Softwareagenten und betriebswirtschaftliche Anwendungsszenarien’ geförderte

Projekt „MedPAge“. Aktuell sind vor allem die DFG-Projekte „SodekoVS“ (zum Thema Selbstorganisation

– s.u.) und „Go4Flex“ (neu ab 2009 zusammen mit der Fa. Daimler im Bereich Geschäftsprozessunterstützung)

sowie das von der EU geförderte Network of Exzellence „S-Cube“ (s.u.) von Bedeutung.

Schließlich wird durch aktive (Mit-) Gestaltung von Workshops und Tagungen versucht, diese Forschungsarbeiten

auch im nationalen und internationalen Kontext zu fördern und zu diskutieren: So wurde u.a. bereits

1998 die erste internationale IFIP Working Conference zu „Trends in Distributed Systems for Electronic

Commerce“ initiiert, inhaltlich gestaltet und in Hamburg ausgerichtet, die u.a. zur Gründung der seitdem auf

diesem Gebiet tätigen IFIP WG 6.11 führte. 2001 wurde in Hamburg die 13. GI/ITG-Konferenz „Kommunikation

in Verteilten Systemen“ durchgeführt und inhaltlich gestaltet, 2004 das Programm der 4. Internationalen

Konferenz „e-Commerce, e-Business und e-Government“ als Teil des 18. IFIP Welt-Kongresses in Toulouse,

Frankreich, 2005 die 3. GI-Konferenz „Multiagent System Technologies“ (MATES) in Koblenz und

die Workshops der 3. ACM „International Conference on Service-Oriented Computing“ (ICSOC) in Amsterdam

koordiniert – ebenso wie 2006 das Programm der ICSOC 2006 in Chicago (als PC Co-Chair) und 2008

die Workshops auf der ICSOC 2008 in Sydney, Australien. 2009 wird ein Workshop auf der „Wirtschaftsinformatik

2009“ in Wien gestaltet und im September in Hamburg die MATES 2009 von VSIS ausgerichtet..

Forschungsschwerpunkte im Bereich „Datenbanken und Informationssysteme“

Die IS-Forschungsschwerpunkte lassen sich in die nachfolgend angeführten drei Blöcke einteilen, die alle

Gegenstand aktueller Arbeiten sind.

Aktuelle Datenbanktechnologie und Autonomic Computing. Neben formalen Grundlagen und technischer

Umsetzung der Integration von relationalen und objektorientierten Konzepten sind die Gestaltung und die

Nutzung der Erweiterbarkeit von objekt-relationalen Datenbanksystemen (ORDBS) ein aktueller Forschungsgegenstand.

Darüber hinaus ist die Anfrageverarbeitung, insbesondere die Auswertung von SQL-

Prädikaten in (objekt-)relationalen Datenmodellen/Systemen mit dem Ziel zu verfeinern, auch im Falle des

Auftretens von Nullwerten Ergebnismengen höchster Qualität zu garantieren.

Ein weiteres akutes Problem aktueller, kommerzieller Datenbanksysteme im betrieblichen Einsatz ist der

steigende Anteil der Administrationskosten, welche die Kosten für Hardware und Software heute bereits

deutlich übersteigen. Das Forschungsgebiet der Autonomen Datenbanksysteme hat das Ziel, die Kosten für

Administration und Wartung durch die Übertragung der Prinzipien des Autonomic Computing zu reduzieren.

Im Zentrum der Untersuchungen steht daher die Entwicklung von Konzepten, mit denen sich Wartungsarmut


AB Verteilte Systeme und Informationssysteme VSIS - VIKS

und automatische Performanzoptimierung von Datenbanksystemen unter wechselnden Zugriffsszenarien realisieren

lassen. Diese Arbeiten finden in enger Kooperation mit IBM (Deutschland Entwicklung GmbH, Böblingen)

statt.

Web-basierte Informationssysteme, Information Integration und Service-oriented Computing. Sehr viele Anwender

stehen vor dem Problem, eine Vielzahl von Systemen/Datenquellen integrieren zu müssen, um sie

gemeinsam effizient nutzbar zu machen. Hierzu werden insbesondere (DB-basierte) Middleware-Ansätze betrachtet,

die globale Sichten über verteilte heterogene Datenquellen zu deren integrierter Verarbeitung anbieten,

wobei sowohl die eigentliche Datenintegration (strukturierte, semi-strukturierte, unstrukturierte Daten)

als auch die Ablaufkontrolle (Transaktionen, Workflows) geeignet unterstützt werden müssen. Aktuelle

Middleware-Technologie bietet grundlegende Mechanismen der Web-Anbindung von Informationssystemen

und stellt somit Plattformen für Web-Services und Grid-Data-Services dar. Letztere unterliegen zurzeit intensiven

Forschungs- und Standardisierungsbemühungen. Aus dem Gebiet des Service-oriented Computing ergeben

sich zahlreiche neue Anforderungen für die Datenverwaltung in komplexen, offenen, verteilten Systemumgebungen.

Insbesondere die Vielzahl von Datenquellen sowie die Dynamik datenzentrischer Verarbeitungsprozesse

in solchen Umgebungen erfordern neue Mechanismen sowohl der (Daten-)Integration als auch

der Ablaufkontrolle (Koordination, Transaktionskontrolle). Forschungsarbeiten im Bereich der dynamischen

Datenintegration entwickeln Ansätze einer Integration von Datenquellen, ohne diese vor dem Anfragezeitpunkt

einer (statischen) Schemaintegration zu unterziehen, und untersuchen systematisch, welche Ergebnisqualität

auf diese Weise erreicht werden kann. Hinsichtlich der Ablaufkontrolle und -koordination werden

existierende Standards, wie z.B. WS-Coordination und WS-Transaction, betrachtet und dahingehend weiterentwickelt,

dass eine trotz der erforderlichen Flexibilität möglichst weitgehende Kontrolle sich dynamisch

entwickelnder, komplexer Abläufe in Web-Service- bzw. Grid-Umgebungen ausgeübt werden kann.

Eine andere Facette des Service-oriented Computing führte zu dem Begriff der 'Software as a Service'. Zur

Umsetzung dieser Idee ist es auf Seiten des Service-Anbieters von entscheidender Bedeutung, eine geeignete

Zerlegung der Systemfunktionalität in einzelne Dienste vorzunehmen und für diese Dienste ein flexibles, automatisiertes

Workload Management sowie ein dynamisches Bereitstellen (Provisioning) der von den Kunden

jeweils benötigten und ihnen laut Service-Level-Agreements zustehenden 'Service-Power' durchzuführen.

In Zusammenarbeit mit namhaften Sofware-Herstellern und deren Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen

wird an diesen Fragestellungen intensiv geforscht. Eines der Resultate dieser Forschungskooperationen

ist ein im Frühjahr 2007 begonnenes, auf zunächst 2 Jahre mit Verlängerungsoption ausgelegtes, von

IBM (Deutschland Research & Development GmbH, Böblingen) finanziertes Forschungsprojekt.

Transaktionale und organisatorische Kontrolle in komplexen Workflow-Umgebungen. Dieser dritte Block

überlappt ebenfalls die Forschungsschwerpunkte der beiden VSIS-Bereiche. Obwohl transaktionale

Workflows eine etablierte Technologie darstellen, ergeben sich in komplexen, organisationsübergreifenden

Arbeitsabläufen insbesondere dann neue Anforderungen an die Systemunterstützung, wenn die Zusammenarbeit

als missions- bzw. sicherheitskritisch angesehen werden muss. Unter dem Stichwort Organisational

Control werden hierbei beispielsweise neue Mechanismen für Monitoring und Supervision entwickelt, die einerseits

die geeignete Beteiligung des einzelnen Partners am übergreifenden Prozess und andererseits das

Vertrauen eines Partners in die Beiträge der jeweils anderen Prozessbeteiligten sicherstellen. Diese Fragestellungen

werden insbesondere im Rahmen eines von der EU finanzierten Projektes untersucht.

Die genannten Blöcke spannen den großen Bereich von der eigentlichen Gestaltung neuer Datenbanktechnologie

bis hin zur Nutzung dieser Technologie in komplexen, modernen Anwendungssystemen auf und sind

daher von absoluter Relevanz.

Wissenschaftliche Zusammenarbeit

Industrie & industrienahe Forschungseinrichtungen in Deutschland

• C1 Ponton Consulting GmbH, Hamburg

• Daimler Research, Böblingen

• Gentleware AG, Hamburg

• IBM Deutschland Research & Development GmbH, Böblingen

• InterSystems GmbH, Darmstadt

• InUce, Softwareentwicklung, Hamburg

• Poet Software GmbH, Hamburg

• SinnerSchrader, Neue Informatik, Hamburg

• Software-AG, Darmstadt

• Versant GmbH, Hamburg

• u.a.

Universitäten und Technische Hochschulen in Deutschland

Universitätskrankenhaus Eppendorf (UKE) der Universität Hamburg

145


VIKS - VSIS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

146

Universität Mannheim

Universität Stuttgart

• Technische Universität Kaiserslautern

• Humboldt-Universität Berlin

Universität Rostock

• Hochschule Wismar

• u.a.

Kooperationspartner im Ausland

• University of Trento, Italy

• University College London, UK

• IBM Database Research San Jose, Kalifornien, USA

• IBM Research/Software Group, Yorktown, New York, USA

• Wirtschaftsuniversität Posnan, Polen

Universität Szczecin, Polen

• Ökonomische Hochschule, Turku, Finnland

• Tilburg University, Niederlande

• University of Technology, Sydney, Australien

• u.a.

Ausstattung

Als experimentelle Systemumgebung dient VSIS für Zwecke der Lehre und Forschung ein heterogenes lokales

Netz, das vor allem aus PCs, einigen SUN-Workstations als lokalen Servern sowie aus einer SunFireV880

als DV-Server und einem Dell-Server als Windows-Server zur Versorgung von ThinClients mit

Windows-basierten Diensten besteht. Auf diesem Netz sind die wichtigsten aktuell verfügbaren Komponenten

verteilter Middleware und aktueller Informationssystemplattformen (wie z.B. objekt-relationale Datenbankverwaltungssysteme

und J2EE-Applikations-Server) installiert. Auf diese Weise steht exemplarisch eine

heterogene Netzumgebung sowohl für praktisch ausgerichtete Lehrveranstaltungen als auch für Experimente

und Prototypentwicklungen der Forschung zur Verfügung. Mit dem Ziel einer möglichst realitätsnahen Lehre

und Forschung wird dabei stets versucht, weitgehend aktuelle – auch kommerzielle – (System-) Softwareinstallationen

zur Unterstützung offener verteilter und datenintensiver Anwendungen einzusetzen und diese

laufend zu aktualisieren.

2. Die Forschungsvorhaben der Departmenteinrichtung

a) Aktuelle Teilprojekte (etatisiert)

2.1 Entwurf und Realisierung offener, verteilter Multiagentensysteme mit rationalen Agenten (Jadex)

Braubach, Lars, Dr.; Pokahr, Alexander, Dr.; Bade, Dirk, Dipl.-Inf .; Lamersdorf, Winfried, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit 2003

Projektbeschreibung:

Intelligente Agenten sind ein Modellierungsparadigma, das auf der Beschreibung von Agenten mit mentalen

Konzepten beruht. Ziel des Jadex Projektes ist es zu untersuchen, wie diese Konzepte, unter Berücksichtigung

etablierter Paradigmen wie der Objektorientierung, auf der Design- und Implementierungsebene adäquat

umgesetzt werden können. Jadex ist als Erweiterung zu existierenden agentenorientierten oder OObasierten

Middleware-Plattformen konzipiert und ergänzt diese um eine Abstraktionsschicht, die es ermöglicht,

rationale Agenten gemäß dem Paradigma „Belief-Desire-Intention“ (BDI) zu konstruieren. Insbesondere

beschäftigt sich das Projekt mit der Fragestellung, wie die Agententechnologie, z.B. durch die Anbindung

an verbreitete Standards wie J2EE, in den Mainstream der Softwareentwicklung Einzug finden kann. Weitere

Forschungsschwerpunkte sind darauf ausgerichtet, die bisher konzipierte BDI-Architektur durch zusätzliche

Aspekte zu ergänzen, z.B. durch die Integration von Lern- bzw. Planungsmechanismen aus der Künstlichen

Intelligenz (KI). Außerdem wird untersucht, auf welche Art und Weise soziale Strukturen (z.B. Gruppen-

und Rollenkonzepte) zur Abbildung von (verteilten) Organisationsstrukturen eingebunden werden können.

Schlagwörter:

Multiagentensysteme, rationale Agenten, Agentenorientierte Softwareentwicklung (AOSE)


AB Verteilte Systeme und Informationssysteme VSIS - VIKS

Aktuelle Publikationen aus dem Projekt:

Bordini, R., Braubach, L. Dastani, M., El Fallah Seghrouchni, A., Gomez-Sanz, J., Leite, J., O'Hare, G., Pokahr,

A., Ricci, A.: „A Survey of Programming Languages and Platforms for Multi-Agent Systems“, in:

Informatica 30, pp. 33-44, 2006

Bade, D., Braubach, L., Pokahr, A., Lamersdorf, W.: An Awareness Model for Agents in Heterogeneous Environments,

in: Int. Workshop on Programming Multi-Agent Systems (ProMAS-6), Springer Verlag,

2009, pp. 152-167

Braubach, L.: „Architekturen und Methoden zur Entwicklung verteilter agentenorientierter Softwaresysteme“,

Dissertation, Universität Hamburg, 2007, erschienen bei Lulu Enterprises Inc., Morrisville, NC,

ISBN 978-3-00-023107-0

Braubach L., Pokahr, A., “From a Research to an Industrial-Strength Agent Platform: Jadex V2“, 9. Internationale

Tagung Wirtschaftsinformatik, erscheint 2009

Braubach, L., Pokahr, A.: „Goal-Oriented Interaction Protocols”, in: Petta, P., Müller, J., Klusch, M.,

Georgeff, M. (Hrsg.): Fifth German conference on Multi-Agent System TEchnologieS (MATES-2007),

Springer, 2007, pp. 85-97

Braubach, L., Pokahr, A.: Representing Long-Term and Interest BDI Goals, in: In Proceedings of the 8th International

Joint Conference on Autonomous Agents and Multiagent Systems (AAMAS'09) (Poster), erscheint

2009

Braubach, L., Pokahr, A., Lamersdorf, W.: „Tools and Standards“, in: S. Kirn, O. Herzog, P. Lockemann, O.

Spaniol (Hrsg.): Multiagent Engineering - Theory and Applications in Enterprises, Springer, 2006, pp.

503-530

Braubach, L., Pokahr, A., Lamersdorf, W.: „Extending the Capability Concept for Flexible BDI Agent Modularization“,

in: R.H. Bordini, M. Dastani, J. Dix, A. El Fallah Seghrouchni (Hrsg.): Proc. 3 rd international

Workshop on Programming Multi-Agent Systems (PROMAS 2005), in conjunction with 4 th Interna-tional

Joint Conference on Autonomous Agents & Multi-Agent Systems (AAMAS 2005), Utrecht,

Niederlande, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2006, pp. 139-155

Braubach, L., Pokahr, A., Lamersdorf, W., Krempels, K.-H., Woelk, P.-O.: „A Generic Time Management

Service for Distributed Multi-Agent Systems”, in: Applied Artificial Intelligence, Special Issue on ‘Best

of AT2AI-4’, Volume 20, Numbers 2-4, February-April 2006, pp. 229-249

Braubach, L. Pokahr, A., Paschke, A. “Using Rule-Based Concepts as Foundation for Higher-Level Agent

Architectures”, in: Handbook of Research on Emerging Rule-Based Languages and Technologies: Open

Solutions and Approaches, erscheint 2009

Pokahr A., Braubach L., Walczak L., Lamersdorf, W.: Jadex - Engineering Goal-Oriented Agents, in: Developing

Multi-Agent Systems with JADE, Bellifemine F., Caire G., Greenwood D., Wiley & Sons, pp. 254-

258

Hindriks, K., Pokahr, A., Sardina, S.: “Programming Multi-Agent Systems – 6th International Workshop

ProMAS 2008”, Springer, erscheint in 2009

Lockemann, P. C., Nimis, J., Braubach, L., Pokahr, A., Lamersdorf, W.: „Architectural Design“, in: S. Kirn,

O. Herzog, P. Lockemann, O. Spaniol (Hrsg.): Multiagent Engineering - Theory and Applications in Enterprises,

Springer, 2006, pp. 405-429

Piunti, M., Ricci, A., Braubach, L., Pokahr, A.: „Goal-Directed Interactions in Artifact-Based MAS: Jadex

Agents playing in CARTAGO Environments”, in: Jain, L.; Lingras, P.; Klusch, M.; Lu, J.; Zhang, C.;

Cercone, N.; Cao, L. (Hrsg.): Proc. ‘The 2008 IEEE/WIC/ACM International Conference on Web Intelligence

and Intelligent Agent Technology’ (WI/IAT-2008), IEEE Computer Society, 2008, pp. 207-213

Pokahr, A.: „Programmiersprachen und Werkzeuge zur Entwicklung verteilter agentenorientierter Softwaresysteme“,

Dissertation, Universität Hamburg, 2007, erschienen bei Lulu Enterprises Inc., Morrisville, NC

Pokahr, A., Braubach, L.: “An Architecture and Framework for Agent-Based Web Applications”, in: Burkhard,

H.D., Lindemann, G., Verbrugge, R., Varga, L. (Hrsg).:5th International Central and Eastern European

Conference on Multi-Agent Systems (CEEMAS 2007), Springer, 2007, pp. 304-306

Pokahr, A., Braubach, L.: “A Survey of Agent-oriented Development Tools”, in: Multi-Agent Programming -

Languages, Tools and Applications, erscheint 2009.

Pokahr, A., Braubach, L.: „The Webbride Framework for Building Web-Based Agent Applications”, in Dastani,

M.; El Fallah Segrouchni, A.; Leite, J.; Torroni, P. (Hrsg.): Proc. ‘First International Workshop on

LAnguages, methodologies and Development tools for multi-agent systemS’ (LADS 2007), Springer-

Verlag, Berlin/ Heidelberg, 2008, pp. 173-190

Pokahr, A., Braubach, L., Sudeikat, J., Renz, W., Lamersdorf, W.: „Simulation and Implementation of Logistics

Systems based on Agent Technology”, in: Blecker, T.; Kersten, W.; Gertz, C. (Hrsg.): Proc. ‘Hamburg

International Conference on Logistics 2008: Logistics Networks and Nodes’, Erich Schmidt Verlag,

Berlin, 2008, pp. 291-308

147


VIKS - VSIS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

148

Pokahr, A., Braubach, L., Walczak, A., Lamersdorf, W.: “Jadex - Engineering Goal-Oriented Agents”, in:

Bellifemine, F., Caire, G., Greenwood, D. (Hrsg.): Developing Multi-Agent Systems with JADE, John

Wiley & Sons, 2007, pp. 254-258

Sudeikat, J., Braubach, L., Pokahr, A., Renz, W, Lamersdorf, W.: “Systematically Engineering Self–

Organizing Systems: The SodekoVS Approach”, in: Journal of Electronic Communications of the

EASST, erscheint 2009.

Sudeikat ,J., Braubach, L., Pokahr, A., Lamersdorf, W.: „Validation of BDI Agents“, in: R. Bordini, M. Dastani,

J. Dix and A. El Fallah Seghrouchni (Hrsg.): The 4 th International Workshop on Programming Multiagent

Systems (ProMAS-2006), Springer, 2007, pp. 185-200

Walczak, A., Braubach, L., Pokahr, A., Lamersdorf, W.: „Augmenting BDI Agents with Deliberative Planning

Techniques“, in: Bordini, R., Dastani, M., Dix, J.. El Fallah Seghrouchni, A. (Hrsg.): The 4 th International

Workshop on Programming Multiagent Systems (ProMAS-2006), Springer, 2007, pp. 113-127

2.2 Distributed Environment for Mobility-Aware Computing (DEMAC)

Zaplata, Sonja, Dipl.-Inform.; Kunze, Christian Philip, Dr.; Lamersdorf, Winfried, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit 2003

Projektbeschreibung:

Aufbauend auf dem Konzept der kontextbasierten Kooperation können dienstbasierte Geschäftsprozesse dezentral

auf mobilen Geräten initiiert und in kooperativer Art und Weise von mobilen und stationären Geräten

gemeinsam ausgeführt werden. Das Projekt DEMAC integriert das Konzept solcher langlebigen benutzerzentrischen

Prozesse in eine Middleware für mobile Systeme. Dazu wird eine Systemplattform entwickelt,

welche auf Basis aktueller Kontextinformationen die Beschreibung, die verteilte Ausführung und das Management

so genannter Mobiler Prozesse ermöglicht.

Besondere Herausforderungen für die zuverlässige und zielgerichtete Ausführung solcher Prozesse stellen

vor allem die aus der Mobilität resultierenden Flexibilitätsanforderungen, die Autonomie der Teilnehmer und

die Dezentralität der Prozessausführung dar. Aktuelles Ziel dieses Projekts ist es daher, das Management dieser

Prozesse kooperativ und selbstorganisiert von den mobilen und ggf. stationären Teilnehmern auszuführen

und benutzerdefiniert angemessen steuern und überwachen zu können. Hierzu wird u.a. ein Managementsystem

entwickelt, welches den Lebenszyklus eines mobilen Prozesses (angefangen von seiner Modellierung,

über die gezielte Selektion und Allokation von Prozessteilnehmern, die Überwachung der verteilten Ausführung

und die Fehlerbehandlung, bis hin zur deren nachträglicher Auswertung) unter Beachtung der oben genannten

Rahmenbedingungen angemessen unterstützt.

Schlagwörter:

Mobile Business Process Management, Context Awareness, Adaptability, Service Oriented Computing, Mobile

Middleware, Mobile Computing.

Aktuelle Publikationen aus dem Projekt:

Zaplata, S., Vilenica, A., Bade, D., Kunze, C.P.: „Abstract User Interfaces for Mobile Processes “, in: 16.

Fachtagung Kommunikation in Verteilten Systemen (KiVS 2009), zur Veröffentlichung in 2009 angenommen.

Zaplata, S., Bade, D., Vilenica, A.: „Service-based Interactive Workflows for Mobile Environments“, in: Robert

Hansen, Dimitris Karagiannis, Hans-Georg Fill (Hrsg): Business Services: Konzepte, Technologien,

Anwendungen - 9. Internationale Tagung Wirtschaftsinformatik (WI 2009), Universitätsverlag Karlsruhe,

zur Veröffentlichung in 2009 angenommen.

Kunze, C. P., Zaplata, S., Turjalei, M., Lamersdorf, W: „Enabling Context-based Cooperation: A Generic

Context Model and Management System”, in: Abramowicz, W., Fensel, D. (Hrsg.): Proc. 11 th International

Conference on Business Information Systems (BIS 2008), Springer-Verlag, Berlin Heidelberg,

2008, pp. 459-470

Zaplata, S.: „Collaborative Management of Distributed Business Processes - A Service-Based Approach“, in:

Robert Meersman, Zahir Tari, Pilar Herrero et al. (Hrsg.): On the Move to Meaningful Internet Systems

(OTM 2007) Workshops, pp. 304-313, Springer, 2007.

Zaplata, S; Kunze, C.P.: „Prozessmanagement im Mobile Computing - Kooperative Ausführung von Geschäftsprozessen

im Umfeld serviceorientierter Architekturen“, VDM Verlag, 2007.

Kunze, C.P., Zaplata, S., Lamersdorf, W.: „Abstrakte Dienstklassen zur Realisierung mobiler Prozesse“, in:

Braun, T., Carle, G., Stiller, B. (Hrsg): Konferenzband zur KiVS 2007 für Kurz-, Industrie- und Workshopbeiträge,

pp. 123 - 128, VDE Verlag, 2007.


AB Verteilte Systeme und Informationssysteme VSIS - VIKS

Kunze, C.P., Zaplata, S., Lamersdorf, W.: „Mobile Processes: Enhancing Co-operation in Distributed Mobile

Environments“, in: Journal of Computers, Academy Publisher, pp. 1-11, Februar 2007

Von Riegen, M.; Zaplata, S.: „Supervising Remote Task Execution in Collaborative Workflow Environments“

in: Braun, T., Carle, G., Stiller, B. (Hrsg): Konferenzband zur KiVS 2007 für Kurz-, Industrie-

und Workshopbeiträge, pp. 337-358, VDE Verlag, 2007.

Kunze, C.P., Zaplata, S., Lamersdorf, W.: „Mobile Process Description and Execution“, in: Frank Eliassen

and Alberto Montresor (Hrsg.): Proceedings of the 6th IFIP WG 6.1 International Conference on Distributed

Applications and Interoperable Systems, pp. 32-47, Springer, 2006.

2.3 Software-Engineering for Self-Organizing Multi-Agent Systems (SE-SO-MAS)

Sudeikat, Jan, Dipl.-Inform. (FH); Lamersdorf, Winfried, Prof. Dr.; Renz, Wolfgang, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit 2006

Projektbeschreibung:

Um die wachsende Nachfrage nach skalierbaren, robusten und adaptiven verteilten Software-Systemen zu

befriedigen, wurde die Nutzung selbstorganisierender Softwaresysteme vorgeschlagen und als eine strategische

Herausforderung für die IT-Forschung identifiziert. Selbstorganisation beschreibt hierbei dynamische

Prozesse, die Strukturen (System Konfigurationen) hervorbringen und Systemeinflüssen entsprechend anpassen.

Die Agenten-Technologie stellt hierfür geeignete Konzepte und Entwicklungsplattformen bereit. Softwaresysteme

werden dabei in Gruppen autonomer und pro-aktiver Einheiten zerlegt, die in ihrem Zusammenspiel

das eigentliche Softwaresystem bilden. Basierend auf diesen Anstrengungen gewinnen für die Praxis

dabei vor allem Fragen des „Agent-Oriented Software Engineering“ (AOSE) an Bedeutung. Während

Entwickler ein spezifisches Systemverhalten beabsichtigen ist es so u.a. eine zentrale Fragestellung, wie entsprechende

Agenten-Modelle abgeleitet werden können.

In diesem Projekt wird untersucht, wie die methodische Entwicklung selbstorganisierter Systeme – von der

Analyse der Anforderungen über das Design bis hin zu testbaren Spezifikation der beabsichtigten System-

Dynamiken – unterstützt werden kann. Das Projekt wird gemeinsam mit der Hochschule für Angewandte

Wissenschaften (HAW) Hamburg durchgeführt.

Schlagwörter:

Verteilte Systeme, Selbstorganisation, Emergenz, Multi-Agenten Systeme, adaptives Systemverhalten

Aktuelle Publikationen aus dem Projekt:

Sudeikat, J. & Renz, W.: „Supporting Agent–Oriented Designs with Models of Macroscopic System Behavior”,

Decker and Sichman and Sierra and Castelfranchi (Eds.): Proc. of 8th Int. Conf. on Autonomous

Agents and Multiagent Systems (AAMAS 2009), to appear in 2009.

Sudeikat, J. & Renz, W.: “MASDynamics: Toward Systemic Modeling of Decentralized Agent Coordination”,

KIVS 2009 – Kommunikation in Verteilten Systemen, to appear in 2009.

Sudeikat, J., Braubach, L., Pokahr, A., Renz, W., Lamersdorf, W.: “Systematically Engineering Self-

Organizing Systems: The SodekoVS Approach”, in: Proceedings des Workshops über Selbstorganisierende,

adaptive kontextsensitive verteilte Systeme, Electronic Communications of the EASST, ISSN 1863-

2122, to appear in 2009.

Pokahr, A., Braubach, L., Sudeikat, J., Renz, W., Lamersdorf, W.: “Simulation and Implementation of Logistics

Systems based on Agent Technology”, Proc. HICL 2008: Logistics Networks and Nodes, 2008.

Balthasar, G., Sudeikat, J., Renz W.: “On Coordinating of Artificial Cowboys: Using Jadex to Implement

Herding Agents, Programming Multi-Agent Systems”, 6 th International Workshop, ProMAS 2008, Revised

and Selected Papers, to appear in 2009.

Renz, W. & Sudeikat, J.: “Modeling Feedback within MAS: A Systemic Approach to Organizational Dynamics”,

International Workshop on ‘Organised Adaptation in Multi-Agent Systems’ (OAMAS 08), to

appear in 2009.

Sudeikat, J. & Renz, W.: “A Systemic Approach to the Validation of Self–Organizing Dynamics within

MAS”, Proceedings of the 9 th International Workshop on Agent Oriented Software Engineering, to appear

in 2009.

Sudeikat, J., Renz, W.: „On the Encapsulation and Reuse of Decentralized Coordination Mechanisms: A

Layered Architecture and Design Implications”, in: Communications of SIWN, vol. 7, 2008, pp. 140-146

Sudeikat, J., Renz, W.: „Building Complex Adaptive Systems: On Engineering Self-Organizing Multi-Agent

Systems. Applications of Complex Adaptive Systems”, in: Yin Shan, Ang Yang (Hrsg.): Applications of

Complex Adaptive Systems, IGI Publishing (IDEA), Hershey, USA, 2008, pp. 229-256

149


VIKS - VSIS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

150

Sudeikat, J., Renz, W.: „Toward Systemic MAS Development: Enforcing Decentralized Self–Organization

by Composition and Refinement of Archetype Dynamics”, in: Weyns, D., Brückner, S., Demazeau, Y.

(Hrsg.): Proc. ‘Engineering Environment-Mediated Multiagent Systems’ (EEMMAS’07), Lecture Notes

in Computer Science, vol. 5049, Springer-Verlag, Berlin/ Heidelberg, 2008

Sudeikat, J., Renz, W.: „On Expressing and Validating Requirements on the Adaptivity of Self-Organizing

Multi-Agent Systems”, System and Information Science Notes, 2(1), 2007, pp. 14-19

Sudeikat, J., Renz, W.: „On Complex Networks in Software: How Agent-Orientation Effects Software Structures”,

in: Hans-Dieter Burkhard, Gabriela Lindemann, Rineke Verbrugge, Laszlo Zsolt Varga (Hrsg.):

Multi-Agent Systems and Applications V, 5th International Central and Eastern European Conference on

Multi-Agent Systems, CEEMAS 2007, LNCS 4696, 2007, pp. 215-224

Renz, W., Sudeikat, J.: „Emergence in Software“, KI - Künstliche Intelligenz, 02/07, BötcherIT Verlag,

2007, pp. 48-49

Sudeikat, J., Renz, W.: „Toward Requirements Engineering for Self-Organizing Multi-Agent Systems”, in:

Giovanna di Marzo Serugendo, Jean-Philippe martin-Flatin, Mark Jelasity, Franco Zambonelli (Hrsg.):

First IEEE International Conference on Self-Adaptive and Self-Organizing Systems, IEEE Computer Society,

2007, pp. 299-302

Sudeikat, J.: „Toward the Design of Self-Organizing Dynamics“, in: Wolf-Gideon Bleek, Henning Schwentner,

Heinz Züllighoven (Hrsg.): Software Engineering 2007 – Beiträge zu den Workshops, Gesellschaft

für Informatik e. V. (GI), 2007, pp. 361-364

Sudeikat, J., Renz, W.: „On Simulations in MAS Development“, in: T. Braun, G. Carle, B. Stiller (Hrsg.):

KIVS 2007 – Kommunikation in Verteilten Systemen, VDE Verlag, 2007, pp. 279-290

Sudeikat, J., Renz, W.: „On the Redesign of Self-Organizing Multi-Agent Systems”, Hong Tang and Xingyu

Wang (Hrsg.): International Transactions on Systems Science and Applications, 2(1), 2006, pp. 81-89

Sudeikat, J., Braubach, L., Pokahr, A., Lamersdorf, W., Renz, W., „Validation of BDI Agents”, in: Proc. 4 th

Int. Workshop on Programming Multi-Agent Systems, Springer, 2006

Sudeikat, J., Renz, W.: „Monitoring Group Behavior in Goal–Directed Agents using Co-Efficient Plan Observation”,

in: Proc. 7 th Int. Workshop on Agent Oriented Software Engineering (AOSE'06), 2006

Renz, W., Sudeikat, J.: „Emergent Roles in Multi Agent Systems – A Case Study in Minority Games”, in:

KI-Künstliche Intelligenz, 01/06, Bötcher IT-Verlag, 2006, pp. 25-31

Sudeikat, J., Renz, W.: „Mesoscopic Modeling of Emergent Behavior - A Self-Organizing Deliberative Minority

Game”, in: Sven Brückner, Giovanna Di Marzo Serugendo, David Hales, Franco Zambonelli

(Hrsg.): Engineering Self-Organising Systems, Third International Workshop, ESOA 2005, Utrecht, The

Netherlands, July 25, 2005, Revised Selected Papers. Lecture Notes in Computer Science 3910, Springer

2006, pp. 167-181

2.4 Benutzungsschnittstellen von Links in verteilten Hypertext-Informationssystemen (HyperScout)

Weinreich, Harald, Dipl.-Inform.; Lamersdorf, Winfried, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit 1999

Projektbeschreibung:

HyperScout beschäftigt sich mit der Benutzbarkeit von assoziativen Verknüpfungen in verteilten Hypertext-

Informationssystemen, exemplarisch gezeigt am World Wide Web. Auf Basis von Forschungsergebnissen aus

dem Hypertext-Bereich, der Software-Ergonomie und der aktuellen Web-Forschung werden neue Konzepte

für die Interaktion mit den assoziativen Verknüpfungen zwischen den Dokumenten (den Hyperlinks) entwickelt.

Ziel ist es dabei, den Benutzern verteilter Hypertext-Informationssysteme eine konsistentere, aussagekräftigere

Schnittstelle anzubieten, die zu mehr Transparenz und Sicherheit bei der Navigation führt. Die so

neu erarbeiteten Konzepte und Prototypen werden auch in Benutzbarkeitsstudien evaluiert.

Im Rahmen des Projektes wurde als technische Grundlage das Java-Framework Scone konzipiert und realisiert,

das eine schnelle prototypische Entwicklung von neuen Navigations- und Kollaborationswerkzeugen

für das Web erlaubt. Es verfügt über Komponenten, um die Darstellung der Dokumente im Browser zu ändern,

auf Benutzeraktionen zu reagieren, den Browser zu steuern und auch selbsttätig Informationen aus dem

Internet zusammenzustellen. Darüber hinaus werden Benutzbarkeitstests der mit dem Framework entwickelten

Systeme mithilfe eines graphischen Evaluationswerkzeuges unterstützt.

Schlagwörter:

WWW, Navigation, Java-Framework, Verteilte Informationssysteme, Hypertext, Navigation, Benutzbarkeit


AB Verteilte Systeme und Informationssysteme VSIS - VIKS

Aktuelle Publikationen aus dem Projekt:

Weinreich, H., Obendorf, H., Herder, E., Mayer, M.: „Not Quite the Average: An Empirical Study of Web

Use”, in: ACM Transactions on the Web, 2008, vol. 2, no. 1, article no. 5, 26 pp.

Obendorf, H., Weinreich, H., Herder, E., Mayer, M.: „Web Page Revisitation Revisited: Implications of a

Long-Term Click-Stream Study Of Browser Usage”, CHI 2007 Proceedings, ACM Press April 2007, pp.

597-606

Weinreich, H, Obendorf, H., Herder, E. und Mayer, M.: „Off the Beaten Tracks: Exploring Three Aspects of

Web Navigation” in: WWW Conference 2006 Proceedings, ACM Press, Mai 2006, pp. 133-142

Weinreich, H, Obendorf, H., Mayer, M. und Herder, E.: „Der Wandel in der Benutzung des World Wide

Webs“, in: Heinecke, A.M., Paul, H. (Hrsg.): Proc. ‚Mensch und Computer’, Oldenbourg Wissenschaftsverlag,

September 2006, pp. 155-164, 26 pp.

2.5 Kontext-Adaption mobiler verteilter Anwendungen

Bade, Dirk, Dipl.-Inform., in Koop. mit Ibach, P.; Zapotoczky, J.; Kunz, S. (Humboldt-Universität zu Berlin)

Laufzeit des Projektes:

seit 2008

Projektbeschreibung:

Im Rahmen dieses Projektes sollen vorhandene Technologien aus dem Bereich des Mobile Computing auf

ihre Eignung für kontextsensitive Anwendungen hin untersucht werden. Um dabei den Kontext mobiler Geräte

bestmöglich erfassen zu können, bedarf es u.a. möglichst vieler, unterschiedlicher Kontextdaten, die über

(Software-) Sensoren erfasst sowie mit Hilfe komplexer Ereignisverarbeitung abgeleitet werden. Hieraus resultiert

ein Umwelt(„Kontext“-)modell, welches Anwendungen als Basis dient, um ihre eigene Architektur

sowie die Informationen, die schließlich dem Benutzer und anderen Anwendungen zur Verfügung gestellt

werden, an den aktuellen Kontext zu adaptieren. Hierbei sollen die Kontextinformationen jedoch nicht nur

lokal von einem Gerät verarbeitet, sondern in einem mobilen System, zwischen einer Vielzahl heterogener

Geräte ausgetauscht werden.

Schlagwörter:

Mobile Computing, Context Awareness, Adaptability, Service Oriented Computing, Software Agents.

2.6 Integrierte Verarbeitung von XML-Dokumenten und objekt-relationalen Daten (SQXML)

Kozlova, Iryna, Dipl.-Math.; Ritter, Norbert, Prof. Dr.-Ing.

Laufzeit des Projektes:

seit 2002

Projektbeschreibung:

Die Notwendigkeit des effizienten Zugriffes sowie der parallelen Bearbeitung von Informationen aus heterogenen

Datenquellen stellt eine aktuelle Herausforderung im Bereich der Informationsintegration dar. Dabei

ist insbesondere die integrierte Verarbeitung von (objekt-) relationalen und XML-Datenbeständen von großer

Bedeutung.

Im Projekt SQXML entstand eine Integrations-Middleware, die speziell für die effiziente Integration der beiden

angesprochenen Datenmodelle konzipiert wurde. Es werden Konzepte sowohl aus den Gebieten Informationsintegration

als auch Interoperabilität von XML- und relationalen Datenbanksystemen erarbeitet, um eine

komfortable Integration von Daten aus beiden Datenbeständen zu ermöglichen, ohne deren autonome Existenz

und Funktionalität zu beeinflussen. Zur spezifischen Funktionalität des Systems zählen sowohl der bilinguale

Zugriff auf den integrierten Informationsbestand über SQL und XQuery als auch der weitestgehend

automatisierte Ablauf des Integrationsprozesses aus praktischer Perspektive sowie die Zusammenführung der

OR- und XML-Technologien aus konzeptioneller Sicht.

Im Entwicklungsprozess des SQXML-Systems wurde der Fall der statischen Integration betrachtet. Die Erweiterung

des SQXML-Systems zielt auf zusätzliche Funktionalität ab, die es ermöglicht, auf Schemaänderungen

in lokalen Datenquellen dynamisch zu reagieren. Auch spielt der Aspekt der Schema- und Datenqualität

eine wesentliche Rolle bei der Durchführung des Integrationsprozesses.

Schlagwörter:

XML, XQuery, XML Schema, ORDBVS, Informationsintegration, Web-basierte Informationssysteme

151


VIKS - VSIS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Aktuelle Publikationen aus dem Projekt:

152

Kozlova, I., Reimer, O., Ritter, N.: „Towards Integrated Query Processing for Object-Relational and XML

Data Sources”, in: Proc. of the 10th International Database Engineering & Application Symposium

(IDEAS 2006), IEEE Computer Society 2006, pp. 295-300

Kozlova, I., Ritter, N.: „An Approach to Unification of XML and Object-Relational Data Models”, in: Proc.

of the 8th International Conference on Information Integration and Web-based Applications & Services

(iiWAS 2006), Austrian Computer Society 2006, pp. 309-321

Kozlova, I., Ritter, N., Husemann, M.: „Providing Semantically Equivalent, Complete Views for Multilingual

Access to Integrated Data”, in: 26th International Conference on Conceptual Modeling

(ER 2007), Auckland, New Zealand, Australian Computer Society Inc., CRPIT, Vol. 83, pp. 191-196

2.7 Dynamische Informationsverarbeitung in Grid-Umgebungen (DynaGrid)

Husemann, Martin, Dipl.-Inform.; Ritter, Norbert, Prof. Dr.

Laufzeit des Projektes:

seit 2003

Projektbeschreibung:

Das Ziel des DynaGrid-Projekts ist die Unterstützung dynamischer Informationsverarbeitung im Rahmen von

datenzentrischen Prozessen in Grid-Umgebungen. Solche Prozesse sind mit der kollaborativen Datenverarbeitung

in Gruppen von Teilnehmern befasst, wobei die Gewährleistung konsistenter Daten durch transaktionale

Verarbeitung von zentraler Bedeutung ist. Grid-Umgebungen bringen in dieser Hinsicht spezifische

Herausforderungen mit sich. Das Konzept der reichhaltigen Infrastruktur legt nahe, die Transaktionsverwaltung

von individuellen Anwendungen zu lösen und als generischen Infrastrukturdienst anzubieten. Gleichzeitig

sollen langlebige Prozesse flexibel unterstützt werden, so dass etwa Änderungen der Teilnehmermenge

oder der Ablaufstrukturen möglichst geringe Auswirkungen auf den Prozessverlauf haben. Im Projekt wird

daher die Entwicklung generischer Koordinatordienste verfolgt, die von Prozessteilnehmern mithilfe von

Koordinationsregeln auf die fallspezifischen Anforderungen eingestellt werden und dann die Transaktionsverwaltung

autonom durchführen können.

Datenzentrische Prozesse mit menschlicher Beteiligung sind oft nicht nur in ihren Abläufen variabel, sondern

auch hinsichtlich ihrer Eingabedaten nicht im Vorfeld spezifizierbar. Das DynaGrid-Projekt erforscht in diesem

Zusammenhang die dynamische Informationsintegration in Form einer virtuellen Datenquelle, die Eigenschaften

klassischer statischer Integrationssysteme und Suchmaschinen vereinigt.

Schlagwörter:

Service-Grids, service-orientierte Architekturen, Grid-Data-Services, dynamische Integration, Prozesskontrolle,

Transaktionskontrolle

Aktuelle Publikationen aus dem Projekt:

von Riegen, M., Husemann, M., Ritter, N.: „Providing Decision Capabilities to Coordinators in Distributed

Processes”, in: Mellouk, A., Bi, J., Ortiz, O., Chiu, D., Popescu, M. (Hrsg.): Proc. ‘The Third International

Conference on Internet and Web Applications and Services’ (ICIW 2008), IEEE Computer Society,

Los Alamitos, California, USA, 2008, pp. 500-505

Husemann, M.; von Riegen, M.; Ritter, N.: “Transactional Coordination of Dynamic Processes in Service-

Oriented Environments”, in: 2007 IEEE International Conference on Web Services (ICWS 2007), July 9-

13, 2007, Salt Lake City, Utah, USA, pp. 1024-1031

Husemann, M.; von Riegen, M.; Ritter, N.: „Transaktionale Kontrolle dynamischer Prozesse in serviceorientierten

Umgebungen“, in: Datenbank-Spektrum - Zeitschrift für Datenbanktechnologie und Information

Retrieval, dpunkt-Verlag, Heidelberg, Heft 20 (Februar 2007), S. 6-14

2.8 Enforcement of Steps - Supervising Task Execution (EoS)

von Riegen, Michael, Dipl.-Inform.; Ritter, Norbert, Prof. Dr.-Ing.

Laufzeit des Projektes:

Seit 2006

Projektbeschreibung:

Ein Kernproblem innerhalb von organisationsübergreifenden Prozessen ist die teilweise fragwürdige Annahme,

dass Teilnehmer an einem Prozess ihre Aufgaben wie erwartet erfüllen. Obwohl es Mechanismen wie

Protokollierung oder Überwachung von Aktivitäten gibt, erlauben diese Mechanismen selten eine sofortige


AB Verteilte Systeme und Informationssysteme VSIS - VIKS

Rückmeldung, ob eine Aktivität im Prozess erfolgreich durchgeführt wurde oder nicht. Aus diesem Grunde

werden die Technologien zur Umsetzung von organisationsübergreifenden Prozessen bisher auch nur zögerlich

von den Unternehmen eingesetzt: Die Kontrollmöglichkeiten innerhalb eines Prozesses sind begrenzt

und meist kann nur durch aufwändige Prüfungen festgestellt werden, ob Aktivitäten erfolgreich oder fehlerhaft

verlaufen sind. Das Projekt befasst sich daher mit der Entwicklung von Konzepten zur Überwachung

und Überprüfung von verteilt ausgeführten Prozessen, um damit den Nachweis der Ausführung von Aktivitäten

zur Laufzeit zu erbringen. Die Mechanismen können dabei genutzt werden, um bei fehlerhaft ausgeführten

Aktivitäten entsprechende Maßnahmen - wie sie beispielsweise durch Transaktionen angeboten werden -

zu ergreifen, damit ein verteilt ausgeführter Prozess ordnungsgemäß weiterlaufen kann.

Schlagwörter:

Verteilte Systeme, Geschäftsprozesse, Workflow-Management, Monitoring, Controlling, Service-orientierte

Architekturen, Unternehmensübergreifende Prozesse, Transaktionale Koordination

Aktuelle Publikationen aus dem Projekt:

von Riegen, M., Husemann, M., Ritter, N.: „Providing Decision Capabilities to Coordinators in Distributed

Processes”, in: Mellouk, A., Bi, J., Ortiz, O., Chiu, D., Popescu, M. (Hrsg.): Proc. ‘The Third International

Conference on Internet and Web Applications and Services’ (ICIW 2008), IEEE Computer Society,

Los Alamitos, California, USA, 2008, pp. 500-505

Husemann, M.; von Riegen, M.; Ritter, N.: „Transactional Coordination of Dynamic Processes in Service-

Oriented Environments“ IEEE International Conference on Web Services (ICWS 2007), pp 1024-1031,

Juli 2007

Decker, G.; von Riegen, M.: „Scenarios and Techniques for Choreography Design“, Proc. Technologies for

Business Information Systems 2007 (BIS 2007), pp 121-132, April 2007

von Riegen, M.; Zaplata, S.: „Supervising Remote Task Execution in Collaborative Workflow Environments“

Workshop Service-Oriented Architectures und Service-Oriented Computing, Proc.s WS KiVS07,

pp 337-358, Februar 2007

Husemann, M.; von Riegen, M.; Ritter, N.: „Transaktionale Kontrolle dynamischer Prozesse in serviceorientierten

Umgebungen“, Datenbank Spektrum - Zeitschrift für Datenbanktechnologie und Information Retrieval,

vol. 20, pp 6-14, Februar 2007

2.9 Content Management as a Service (CMaaS)

Kathleen Krebs Dipl.-Inform.; Ritter, Norbert, Prof. Dr.-Ing.

Laufzeit des Projektes:

seit Juni 2006

Projektbeschreibung:

Die kontinuierlich steigende Bedeutung der digitalen Kommunikation stellt den Bereich des Content Managements

(CM) vor neue Aufgaben. Neben den funktionalen Anforderungen, denen die Systeme heutzutage

meist gerecht werden, kommen neue, nicht-funktionale Anforderungen wie Skalierbarkeit und Performanz,

gerade beim Einstellen der Daten, hinzu. Weiterhin sollen sich die CM-Systeme dynamisch und selbstständig

an die aktuellen Umstände, z.B. Laständerungen, anpassen können.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, scheint es aussichtsreich, dezentrale Alternativen zu dem traditionellen,

zentralisierten Architekturansatz zu finden. Nahe liegend ist ein service-orientierter Ansatz und

insbesondere die Verwendung von Grid-Technologien, deren Potential in diesem Projekt systematisch untersucht

werden. Hierzu wird zunächst die Gesamtfunktionalität des Content-Management-Systems in einzelne

Dienste aufgespalten. Der Idee 'Software as a Service' folgend sollen die Dienst-Instanzen jeweils in Abhängigkeit

von dem aktuell auftretenden Lastaufkommen dynamisch bereitgestellt und so effektiv nach Bedarf

eingesetzt werden. Dies erfordert neue Konzepte und Mechanismen, da die dynamische Bereitstellung automatisiert

ablaufen soll, was wiederum ein ebenfalls automatisiertes Monitoring des Systemverhaltens erfordert.

Ziel des Projektes ist die systematische Untersuchung und Beurteilung von Grid-Technologien als

Grundlage für das beschriebene autonome Systemverhalten.

Schlagwörter:

Verteilte Systeme, Service-oriented computing, Grid, Dynamic infrastructure, Dynamic provisioning,

Workload management

153


VIKS - VSIS Jahresbericht 2008Informatik UniHH

Aktuelle Publikationen aus dem Projekt:

154

Mega, C., Krebs, K., Wagner, F., Ritter, N., Mitschang, B. (2008): „Content-Management-Systeme der

nächsten Generation“, in: F. Keuper,F. Neumann (Hrsg.): ‚Wissens- und Informationsmanagement’,

Gabler-Verlag, Wiesbaden, pp. 539-567

Wagner, F., Krebs, K., Mega, C., Mitschang, B., Ritter, N.: „Towards the Design of a Scalable Email Archiving

and Discovery Solution”, in: Atzeni, P., Caplinskas, A., Jaakkola, H. (Hrsg.): Proc. ‚Advances in Databases

and Information Systems’, Springer-Verlag, Berlin/ Heidelberg, 2008, vol. 162/2008, pp. 305-320

Wagner, F., Krebs, K., Mega, C., Mitschang, B., Ritter, N.: „Email Archiving and Discovery as a Service”,

in: Badica, C., Mangioni, G., Carchiolo, V., Burdescu, D. (Hrsg.): Proc. ‘Intelligent Distributed Computing,

Systems and Applications’, Springer-Verlag,Berlin/ Heidelberg, 2008, vol. 5207/2008, pp. 197-206

2.10 Integrierte Steuerungslogik Autonomer Datenbanksysteme

Holze, Marc, Dipl.-Inform.; Ritter, Norbert, Prof. Dr.-Ing.

Laufzeit des Projektes:

seit 2007

Projektbeschreibung:

Autonome, d.h. selbstverwaltende, Datenbanksysteme (DBS) reduzieren ihre Betriebskosten, indem Sie selbständig

auf veränderliche Betriebsbedingungen und externe Ereignisse reagieren. Existierende autonome

Funktionen betrachten jedoch stets nur einen einzelnen spezifischen Aspekt der Administration, und leiden

daher unter Oszillation, Überreaktion und gegenseitiger Beeinflussung.

Im Forschungsprojekt Integrierte Steuerungslogik Autonomer Datenbanksysteme werden Techniken entwickelt,

die zum Aufbau einer systemweiten autonomen Steuerungslogik eingesetzt werden können. Einerseits

handelt es sich dabei um Techniken, mit denen der aktuelle Zustand und die Last eines DBS möglichst

leichtgewichtig überwacht werden können, um so die Notwendigkeit von Rekonfigurationen zu erkennen.

Andererseits werden in diesem Projekt auch Techniken untersucht, mit deren Hilfe automatisch bestimmt

werden kann, welche Rekonfigurationen durchzuführen sind um abstrakte Zielvorgaben einzuhalten.

Schlagwörter:

Datenbanksysteme, Autonomic Computing, Workload-Modellierung, System-Modellierung,

Aktuelle Publikationen aus dem Projekt:

Holze, M., Gaidies, C., Ritter, N.: „Erkennung signifikanter Laständerungen für autonome Datenbanksysteme“,

in: Datenbank Spektrum, 8, 27, dpunkt.verlag, Heidelberg, 2008, pp. 27-36

Holze, M., Ritter, N.: „Autonomic Databases: Detection of Workload Shifts with n-Gram-Models”, in: Paolo

Atzeni, P., Caplinskas A., Jaakkola H., (Hrsg.): Proc. 12 th East-European Conference on Advances in Databases

and Information Systems, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2008, pp. 127-142

Holze, M.; Ritter, N.: “Towards Workload Shift Detection and Prediction for Autonomic Databases”, in:

Proceedings of the ACM first Ph.D. workshop in CIKM, Seiten 109-116, ACM Press, 2007

2.11 Erhöhung der Informations- und Datenqualität durch erweiterte Datenmodelle

Panse, Fabian, Dipl.-Inform.; Ritter, Norbert, Prof. Dr.-Ing.

Laufzeit des Projektes:

seit 2008

Projektbeschreibung:

Die Qualität von Daten und folglich die Qualität der aus den Daten herleitbaren Informationen haben einen

maßgeblichen Einfluss auf eine erfolgreiche Gestaltung wirtschaftlicher Prozesse. Die beiden Qualitätskriterien

Vollständigkeit und Korrektheit spielen hierbei eine besondere Rolle.

Die Vollständigkeit der operationalen Datenbank leidet unter der mangelnden Modellierungsmächtigkeit der

aktuell verwendeten logischen Datenmodelle. Eine Erhöhung der Vollständigkeit erfordert daher eine Erweiterung

des, im SQL-Standard beschrieben, relationalen Datenmodells. Dies soll durch die Hinzunahme neuer

Nullwerttypen realisiert werden.

Die Korrektheit von Anfrageergebnissen erfordert eine korrekte Anfrageevaluierung. Da dies bei Nullwert

enthaltenden Datenbanken oft nicht gegeben ist, sind weitere Modellerweiterungen nötig. Um z.B. Unteranfragen

korrekt behandeln zu können, ist eine Erweiterung zur Behandlung möglicher Ergebnisstupel unabdingbar.


AB Verteilte Systeme und Informationssysteme VSIS - VIKS

Schlagwörter:

Datenqualität, Vollständigkeit, Korrektheit, Nullwerte, sichere/mögliche Anfrageergebnisse, dreiwertige Logik.

b) Drittmittelprojekte

2.12 Medical Path Agents (MedPAge) – Phase III

Braubach, Lars, Dr.; Pokahr, Alexander, Dr.; Lamersdorf, Winfried, Prof. Dr. – zusammen mit: Paulussen,

Torsten O., Dr., Zöller, Anja, Dipl.-Ges.-Ök., Rothlauf, Franz, Dr., Heinzl, Armin, Prof. Dr., (alle: Universität

Mannheim, Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät, Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik)

Laufzeit des Projektes:

2004 – 2008 (Phase III, inkl. Verlängerung)

Projektbeschreibung:

Das Projekt „Medical Path Agents” (MedPAge) basiert auf einem Ansatz, der – auf Anwendungsseite – die

Unterstützung standardisierter medizinischer Behandlungspfade („medical paths”) durch – auf technischer

Seite – flexible Koordinationsmöglichkeiten moderner Multi-Agentensysteme realisiert. Zugrunde gelegt

wird dabei eine dezentralisierte, patientenzentrierte Sichtweise, um einerseits eine patientenfreundlichere

Ablauforganisation zu erzielen, sowie eine dynamische Systemarchitektur, um – andererseits – verbesserte

und effizientere Planungsergebnisse zu liefern und die Komplexität der adressierten Domäne besser beherrschen

zu können. Dabei wird die Einsetzbarkeit dieses Realisierungsansatzes auch durch realitätsnahe Simulationsverfahren

und einen praktischen Einsatz nachgewiesen und evaluiert, um so einerseits einen Beitrag

zum besseren Verständnis krankenhausinterner Abläufe liefern und andererseits ein konkretes System als

Planungshilfe bereit stellen zu können, das eine weitergehende Evaluation des Agentenparadigmas zur Modellierung

von Systemen zum Einsatz im Gesundheitswesen erlaubt. Die dabei durchgeführten praxisnahen

Tests und Evaluierungen der Benutzungsschnittstelle von Fachpersonal ermöglichen zum Abschluss der letzten

(3.) Projektphase verallgemeinerbare Aussagen über die Einsetzbarkeit des MedPAge-Systems und der

derzeit verfügbaren MAS-Technologie für derartige Planungsprozesse.

Schlagwörter:

Multiagentensysteme, Patientensteuerung, Verhandlungen, Simulation

Aktuelle Publikationen aus dem Projekt:

Bade, D., Krempels, K.-H., Lilienthal, S., Widyadharma, S.: “Agent-Society Configuration Manager and

Launcher”, in: Bellifemine, F., Caire, G., Greenwood, D. (Hrsg.): Developing Multi-Agent Systems with

JADE, John Wiley & Sons, 2007, pp. 207-223

Braubach, L.: „Architekturen und Methoden zur Entwicklung verteilter agentenorientierter Softwaresysteme“,

Dissertation, Universität Hamburg, 2007, erschienen bei Lulu Enterprises Inc., Morrisville, NC

Braubach, L., Pokahr, A.: „Goal-Oriented Interaction Protocols”, in: Petta, P., Müller, J., Klusch, M.,

Georgeff, M. (Hrsg.): Fifth German Conference on Multi-Agent System TEchnologieS (MATES-2007),

Springer, 2007, pp. 85-97

Braubach, L., Pokahr, A., Lamersdorf, W.: „Tools and Standards“, in: S. Kirn, O. Herzog, P. Lockemann, O.

Spaniol (Hrsg.): Multiagent Engineering - Theory and Applications in Enterprises, Springer, 2006, pp.

503-530

Paulussen, T., Zöller, A., Rothlauf, F., Heinzl, A., Braubach, L., Pokahr, A.., Lamersdorf, W.: „Agent based

Patient Scheduling in Hospitals“, in: S. Kirn, O. Herzog, P. Lockemann, O. Spaniol (Hrsg): Multiagent

Engineering – Theory and Applications in Enterprises, Springer, 2006, pp. 255-275

Pokahr, A.: „Programmiersprachen und Werkzeuge zur Entwicklung verteilter agentenorientierter Softwaresysteme“,

Dissertation, Universität Hamburg, 2007, erschienen bei Lulu Enterprises Inc., Morrisville, NC

Pokahr, A., Braubach, L., Sudeikat, J., Renz, W., Lamersdorf, W.: „Simulation and Implementation of Logistics

Systems based on Agent Technology”, in: Blecker, T.; Kersten, W.; Gertz, C. (Hrsg.): Pro